远心镜头成像模型

常见的镜头主要有 CCTV 镜头、专业摄影镜头和远心镜头。大部分的 CCTV 镜头、专业摄影镜头为变焦距镜头。
这里主要讨论普通光学镜头与远心镜头。

1.普通光学镜头成像模型是小孔成像

远心镜头成像模型_第1张图片

这中模型比较常见,大家比较熟悉。
可以转化成中心透视投影模型:

远心镜头成像模型_第2张图片

成像坐标系与相机坐标系的关系:
这里写图片描述
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写成齐次坐标形式:
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2.远心镜头

远心镜头相机模型为正交投影,orthographic projection

远心光路分为物方远心光路和像方远心光路。
物方远心光路中,孔径光阑位
于像方焦平面上,光阑也是出瞳,入瞳位于物方无限远处。如图 2-1所示,物体
AB 各点上发出的光线经物镜后,其物方主光线均平行于光轴。如果物体 AB 位于
CCD 接收面 M1M2 的共轭位置处,则 CCD 接收面上像的长度为 M1M2。如果物
体沿光轴移动到 A1B1 处,则像面 A1’B1’偏离 CCD 接收面,A1’和 B1’点在 CCD
接收面上投影为一个弥散斑,其中心仍是 M1 和 M2 点,据此测出的像大小仍为
M1M2,这样就消除了物距变化带来的测量误差。在孔径光阑处加上光学滤波器
,使出射的光线只有平行于光轴的光通过,在 CCD 接收面上接收到的就是准确的像
长,不会因为物体沿光轴移动带来测量误差。
像方远心光路则是将孔径光阑放置在物镜的物方焦平面上,出射光束的主光线平行于光轴,出瞳位于无限远。
物方远心光路和像方远心光路可构成物像双远心光路。

物方远心镜头光路图如下:

                  图2-1
像方远心镜头光路图:
远心镜头成像模型_第3张图片

物方远心镜头主要用于消除物距变化带来的测量误差,因此通过物方远心镜头所成的图像不存在透视变形;而像方远心物镜则可以消除CCD 位置不准带来的测量误差。
上图感性认识一下:

远心镜头成像模型_第4张图片

物方远心的成像模型自己还不是很确定,偷图如下,不清楚这个模型的坐标关系与针孔相机模型坐标关系有什么不同。还请明白的的朋友指点一二。
远心镜头成像模型_第5张图片


2016-6-5
远心镜头的成像模型可以推导为:
这里写图片描述

        

是镜头的放大倍数
dx是像素的实际物理大小  是CCD面阵像元横向与纵向的夹角

参考文献:
1. 微型零件完整成像测量仪技术研究
2. 远心光电视觉测量中系统参数对精度的影响机理
3. Telecentric stereo micro-vision systerm:Ccalibration method and experiments

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