沙姆镜头的工作原理及使用技巧

沙姆镜头的工作原理基于沙姆定律，即当镜头平面、成像平面和被摄物体平面相交于一条直线时，可以扩展焦平面，使不在同一平面的物体也能清晰成像。

在实际应用中，沙姆镜头通过其倾斜功能，可以根据被摄物体的角度调整镜头的倾斜方向，使得焦平面与物体平面相交。这样，原本不在同一焦平面的物体也能同时清晰对焦。这一功能工业检测中需要对倾斜物体进行清晰成像。

01沙姆镜头的技术难点

光轴倾斜，调试难度增加

根据拍摄角度和工作距离动态调整光轴倾斜度。拍摄角度越大或工作距离越近，所需光轴偏转越大。调试过程中涉及到两个互相关联的角度，故调试难度较大。

倍率不一致，测量应用标定困难

传统沙姆镜头存在视差（倍率不一致），成像表示的实际视野为梯形（远离镜头一侧视野较大，靠近镜头一侧视野较小）。需结合比较复杂的标定流程才能满足测量应用的需求。

02沙姆镜头在工业中常见的应用方式

如下图所示：应用空间限制，相机镜头无法垂直拍摄被测平面。只能将相机镜头安装在偏离视野中心的侧上方。

下图所示：被测区域为存在高度差的两条边或存在等高度差的多个边的检测项目（红色区域为目标检测区域）。

03使用沙姆镜头时的留意事项

1.空间与兼容性问题

C接口法兰距仅17.526mm，光学后焦空间不足，难以设计可旋转沙姆结构，传统方案需定制固定角度镜头（通常仅±5°），通用性差。目前主流做法是在相机与镜头间增加转接组件，可实现一定程度上的移轴。

2.畸变与测量精度

移轴成像叠加镜头光学畸变，导致图像标定困难，仅适用于缺陷检测，难以满足精密尺寸测量要求。

3.成本与标准化障碍

定制化需求较多，标准化程度低，推高成本。目前可以采用定制相机接口角度，一定程度上可减少安装复杂性，与镜头定制成本。需要前期设计阶段就确定好拍摄角度、移轴角度和工作距离，缺点是设计冗余较小，不够灵活。

沙姆镜头不会带来更大的景深，沙姆镜头只是将原本平行与像平面的被测平面，变得与像平面倾斜了一定角度。

景深公式依然适用与沙姆镜头，图像会随着远离倾斜物平面变得逐渐模糊（沙姆镜头视野中不同位置倍率略有差异，故景深也不完全相同，如下图所示）。