[光路解析] 浅谈光源的远心光路

远心光路是一种专门为了纠正普通光路视差所设计的一种光路，这种光路和普通光路稍有不同，可以在一定物距范围内，令图像放大倍率不会变化，并且可以矫正畸变，目前广泛应用于精密测量中。而非远心光路成像则是近大远小。

对于远心光路的原理，其实可以简单一句话就能说清楚，它就是普通的光学镜头在焦面上加上光阑，即普通光路加小孔成像。

上图是一种传统的光路，可以看到，相同大小的物体，因为和成像系统的距离不同，成像的大小不同，这就是我们刚才说的视差，也即近大远小问题。而如果把这个系统做成远心光路，则会变成下图。

可以看到，只是在像方焦平面上加了个光阑，远近两个相同大小的物体就可以成一样大小的像，近大远小的问题也就被消除了。至于像具体的大小，可以根据需要设置像面的远近来进行调节。这种光路因为光线在物方是平行光，所以被称为物方远心光路。

物方远心光路优势在于，像面位置确定之后，放大倍率只和物体大小有关，从而解决了探测的景深问题。而它的劣势在于，像面的位置和放大倍数有直接的关系，所以相机的位置对于测量结果存在很大影响，所以每次使用都需要重新标定放大倍数。

像方远心光路则和物方远心光路相反，它的光阑是放在物方焦平面上，可以看出这种光路的放大倍数和像面的远近无关，因此相机位置并没有什么影响。

像方远心光路的优势在于，这种设计的放大倍率不会随着像面位置变化，从而解决放大倍率变化问题，像面的照度较为均匀。劣势在于，探测景深会受到系统孔径大小的限制。

图中这种光路叫做双侧远心光路，这种光路是将光阑放在了光学系统的中间，兼具了物方远心光路和像方远心光路的优点，无论是物体的远近还是相机的远近都不影响放大倍数，因此广泛应用在机器视觉测量监测领域。

双侧远心光路的优势在三点，第一是提高测量的分辨率，第二是稳定放大倍率，第三是加深测量的景深。劣势在于，系统要探测多大的物体，就需要多大的孔径，这就意味着可能要把体积做的很大。其次，由于光路是滤出了大部分的光，只留下能通过光阑的部分，因此如果使用平行度不够高的光源，如自然光源，可能会造成像面的照度不足。

目前，远心光路常常用于检测三维物体，或者图像尺寸和形状准确性非常重要的情况。根据远心光路的原理特征和独特优势，当检测物体遇到以下六种情况下，可以使用远心光路。

1、当需要检测有厚度的物体的时候（厚度大于0.1倍FOV直径）；

2、需要检测不再同一平面的物体的时候；

3、当不清楚物体到镜头的距离究竟是多少时；

4、当需要检测带孔径、三维的物体时；

5、当需要低畸变、图像效果亮度几乎完全一致时；

6、当缺陷只在同一方向平行照明下才能检测到时。