移軸鏡頭是一種特殊的鏡頭，其中內(nèi)部的光學(xué)器件可以相對(duì)于圖像傳感器傾斜和移位，并使圖像透視發(fā)生改變，通常常見的移軸鏡頭可以實(shí)現(xiàn)三種物理運(yùn)動(dòng)，分別是傾斜和偏移以及旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)特殊的拍攝效果。

第一個(gè)是鏡頭的傾斜運(yùn)動(dòng)，其中鏡頭圍繞樞軸移動(dòng)與其原始軸成一角度，是使鏡頭前面部分形成上下或左右傾斜的運(yùn)動(dòng)。通過該運(yùn)動(dòng)可以控制合焦面，從而實(shí)現(xiàn)在大光圈下對(duì)主被攝體整體合焦。

第二個(gè)是鏡頭的偏移運(yùn)動(dòng)，鏡頭平行于原始軸移動(dòng)，可使鏡頭卡口的前面部分整體上下或左右平移。通過該功能可以改變拍攝范圍，獲得與升高或降低拍攝位置一樣的效果。

第三個(gè)是鏡頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，鏡頭安裝在機(jī)身的狀態(tài)下，可以將整個(gè)鏡頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。通過該方式可以配合被攝體的形狀更改偏移與傾斜角度的操作方向。

隨著機(jī)器視覺不斷深入不同細(xì)分行業(yè)，需要用到移軸成像的場(chǎng)景在工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域也不斷增多。工業(yè)檢測(cè)使用移軸成像的原因大多是空間不夠不能豎直拍攝，或者是要同時(shí)對(duì)不在同一平面的被測(cè)物成像。

很多人把移軸鏡頭也叫沙姆鏡頭，這是因?yàn)橐戚S成像是要符合沙姆定律的。該定律是由奧地利陸軍上尉沙姆提出。他為了將自己的“透視繪圖儀”用于航空攝影，而發(fā)明了這項(xiàng)校正技術(shù)。主體平面、鏡頭片面和影像平面相交于一條直線。莎姆的理論源于放大航空照片和陸地勘察照片時(shí)所進(jìn)行的校正，這些照片是由固定機(jī)身的相機(jī)拍攝的。當(dāng)今的這技術(shù)使我們能夠用可調(diào)節(jié)的移軸相機(jī)來進(jìn)行這種校正，同時(shí)還通過改變清晰平面的位置極好地解決了景深太小的問題。在實(shí)際拍攝中，這意味至少有一個(gè)基座必須根據(jù)景物的位置繞水平方向（俯仰）或垂直方向（搖擺）進(jìn)行調(diào)整，直至上述三個(gè)平面相交于一條直線。開始時(shí)，這種操作顯得有點(diǎn)兒復(fù)雜，但是調(diào)整清晰平面對(duì)專業(yè)攝影師來說是最簡(jiǎn)單、最常用的技術(shù)之一。

攝影師喜歡用移軸鏡頭拍攝出微縮場(chǎng)景，或者增大景深。

更深入一些，移軸其實(shí)有兩種情況，一是光軸傾斜，二是光軸平移。很多單反移軸鏡頭同時(shí)有這兩種移軸功能。光軸傾斜是解決清晰度的，光軸平移是解決遠(yuǎn)端和近端放大率不同的。比如要想拍攝一棟大樓，如果不用移軸鏡頭，勢(shì)必近大遠(yuǎn)小，導(dǎo)致大樓頂部看上去變小了，整個(gè)大樓呈現(xiàn)錐形。

如果使用了移軸鏡頭則消除了視差，即遠(yuǎn)近端的放大率之差。

比起攝影，工業(yè)檢測(cè)移軸成像就復(fù)雜得多。首先，大部分是光軸傾斜的移軸應(yīng)用，用以解決斜拍時(shí)清晰度的問題。如果沒有光軸平移，則無(wú)法矯正梯形畸變。

不過移軸梯形畸變是線性變化的，可以通過算法插值矯正。不過一般工業(yè)移軸只適合檢測(cè)，不適合測(cè)量。因?yàn)閳D像除了移軸梯形畸變還有鏡頭本身的光學(xué)畸變，兩者疊加就給標(biāo)定帶來了很大的難度。下文將深入討論如何實(shí)現(xiàn)工業(yè)移軸中的光軸傾斜成像。光軸平移應(yīng)用案例太少，在此不做討論。

根據(jù)沙姆定律，要想移軸成像，光軸不能垂直與芯片。根據(jù)沙姆原理圖可以看出，拍攝角度越大，光軸偏轉(zhuǎn)越大。工作距離越近，光軸偏轉(zhuǎn)越大。這就要求工業(yè)移軸鏡頭必須能轉(zhuǎn)動(dòng)不同的角度，以適應(yīng)不同的拍攝角度和工作距離。但是，C接口工業(yè)鏡頭是很難做光軸旋轉(zhuǎn)的，因?yàn)闆]有空間。

這里有個(gè)概念叫光學(xué)后焦（BFL），指的是芯片到鏡頭最后一個(gè)光學(xué)面的距離。這個(gè)距離越短，鏡頭的成本就越低。所以市面上大部分C口工業(yè)鏡頭的后焦都非常短。C口法蘭又只有17.526mm，所以C口鏡頭上幾乎不可能設(shè)計(jì)出一個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置，只能做固定角度移軸。因?yàn)椴煌捻?xiàng)目需要的角度不同，所以大部分移軸鏡頭需要定制角度，而且廠商無(wú)法做出系列化的產(chǎn)品，定制周期長(zhǎng)，打樣成本高。

針對(duì)上述問題，工程師們提出了另一種解決方案。既然鏡頭沒辦法旋轉(zhuǎn)，干脆把旋轉(zhuǎn)組件做在相機(jī)上，把相機(jī)C接口改成定制接口，旋轉(zhuǎn)空間的問題就解決了。

通過這個(gè)移軸組件和定制相機(jī)的配合，所有的C接口工業(yè)鏡頭都可以實(shí)現(xiàn)±10°的移軸成像。現(xiàn)在已經(jīng)有多家工業(yè)相機(jī)廠商采用此方案。

可能有些小伙伴會(huì)說，移軸鏡頭加個(gè)接圈就可以實(shí)現(xiàn)，為什么要這么復(fù)雜。只有一種情況是比較簡(jiǎn)單的，就是鏡頭的后焦比較長(zhǎng)，有空間可以加移軸接圈，比如遠(yuǎn)心鏡頭和微距鏡頭。針對(duì)此類鏡頭，可以設(shè)計(jì)移軸接圈，只需要加上就可以實(shí)現(xiàn)±15°的移軸，但是此類移軸只適合視野比較小的情況。

另外，線掃鏡頭是不用做移軸的，因?yàn)槌上駞^(qū)域是一條線，不存在遠(yuǎn)端近端的工作距離差。

審核編輯：湯梓紅