A megfelelő lencse kiválasztása gépi látás alkalmazásokhoz

Bevezetés

A gépi látás az ipari és gyártási folyamatok elengedhetetlen részévé vált, lehetővé téve az automatizálást, a minőségellenőrzést és a vizsgálati feladatokat nagy pontossággal. A gépi látás minden rendszerének egyik kritikus alkatrésze az objektív, amely kulcsfontosságú szerepet játszik a tiszta és pontos képek rögzítésében a későbbi elemzéshez. A megfelelő objektív kiválasztása elengedhetetlen a gépi látás alkalmazásának teljesítményéhez és hatékonyságához. Ez a cikk bemutatja a legfontosabb szempontokat, amelyeket figyelembe kell venni a gépi látáshoz használt objektív kiválasztásakor, valamint különböző objektívtípusokat és alkalmazásaikat.

Az objektív kiválasztásának főbb szempontjai

Látóteret (FOV)

A látószög az a terület, amelyet a kamera és objektív képes felvenni. A munkatávolságtól (az objektív és a leképezett objektum közötti távolság) valamint az objektív fókusztávolságától függ. Egy szélesebb látószög hasznos olyan alkalmazásoknál, ahol nagy terület figyelemmel kísérésére van szükség, például nagy léptékű ipari minőségellenőrzés vagy megfigyelés során. Például egy élelmiszer-csomagoló üzemben egy széles látószögű objektívet lehet használni az egész csomagolósor figyelemmel kísérésére annak biztosítása érdekében, hogy minden termék megfelelően legyen becsomagolva.

Felbontás

A lencse felbontása az éles részletek képalkotó képességét jelenti. Magas felbontású lencsékre szükség van olyan alkalmazásokban, ahol pontos mérések vagy apró részletek felismerése szükséges. Például egy félvezetőgyártási folyamat során magas felbontású lencsére van szükség ahhoz, hogy meg lehessen vizsgálni a kisméretű áramköröket a szilíciumlemezen. A lencse felbontását gyakran vonalpár/milliméter (lp/mm) egységben adják meg. Egy magasabb lp/mm érték jobb felbontóképességű lencsét jelent. Fontos a lencse felbontását összehangolni a kameraképérzékelő felbontásával. Ha a lencse felbontása alacsonyabb, mint a szenzoré, akkor a szenzor teljes potenciálját nem lehet kihasználni.

Mélyítés (DoF)

A mélységélesség az a távolságtartomány a lencsétől, amelyen belül az objektumok képe elfogadhatóan éles marad. Egy nagy mélységélesség előnyös, ha az objektumok különböző távolságban helyezkednek el a kamerától, vagy ha az objektum pozíciójában némi eltérés tapasztalható. Egy 3D nyomtatás ellenőrző rendszerben, ahol a nyomtatott alkatrészek különböző magasságúak lehetnek, egy nagy mélységélességű lencse biztosítja, hogy az objektum minden része élesen látszódjon. A mélységélességre több tényező is hatással van, beleértve a fókusztávolságot, a nyílás átmérőjét és a munkatávolságot. Általánosságban elmondható, hogy rövidebb fókusztávolság, kisebb rekesz (magasabb f-szám) és nagyobb munkatávolság eredményezi a nagyobb mélységélességet.

Megtorlás

A lencse torzítása miatt egy egyenes vonalú objektum képe görbének látszik. Két fő torzítási típus létezik: a hordótorzítás, amelynél a kép az élek mentén kifelé domborodik, és a párnatorzítás, ahol a kép az élek mentén befelé húzódik. Olyan alkalmazásokban, mint például metrológia vagy robotvezérlés, ahol a pontos geometriai mérések kritikus fontosságúak, alacsony torzítású lencsék használata szükséges. Például egy robotkar-pick-up rendszerben minimális torzítású lencsére van szükség ahhoz, hogy pontosan felismerje az objektumok helyzetét és tájolását.

Munkahelyi távolság

A munkatávolság a lencse elülső részétől a képalkotáshoz használt objektumig mért távolság. Ez az alkalmazás igényeitől függ. Egyes alkalmazások, például nyomtatott áramkörökön lévő kis alkatrészek vizsgálata rövid munkatávolságot igényelhetnek, míg mások, például nagyobb kültéri területek megfigyelése hosszabb munkatávolságot követelnek meg. A munkatávolság hatással van más lencseparaméterekre is, mint például a látószög és a élességtartomány.

Rögzítés és kompatibilitás

A lencsének kompatibilisnek kell lennie a kamerával, amellyel használják. A különböző kameráknak eltérő típusú rögzítései vannak, például C-roncsoló, CS-roncsoló vagy F-roncsoló. Fontos annak biztosítása, hogy a lencsének megfelelő rögzítéssel rendelkezik, amely biztonságosan illeszkedik a kamerához. Emellett a lencsének kompatibilisnek kell lennie a kamera szenzorméretével. Ha túl kicsi a lencse képköre a szenzorhoz képest, ez vignettázást (a kép sarkainak elsötétedését) vagy a szenzor hiányos lefedettségét eredményezheti.

Gépi látás lencsetípusok

Rögzített - fókusztávolságú lencsék

A rögzített fókusztávolságú lencséket, más néven prémium lencséket, egyetlen, állandó fókusztávolsággal jellemezhetők. Ezek viszonylag egyszerűek a kialakításukban, és gyakran kiváló optikai teljesítményt nyújtanak felbontás és alacsony torzítás szempontjából. Ezek a lencsék olyan alkalmazásokhoz alkalmasak, ahol a látószög és a munkatávolság állandó. Például egy élelmiszerbolt pénztárnál működő vonalkód-olvasó rendszerben egy rögzített fókusztávolságú lencse használható arra, hogy tiszta képet kapjunk a vonalkódokról meghatározott távolságból.

Nagyító lencsék

A zoomobjektív lehetővé teszi a felhasználó számára a fókuszálás távolságának megváltoztatását, amely ezáltal megváltoztatja a látószöget is. Ez rugalmassá teszi őket olyan alkalmazásokban, ahol a kamera különböző területeket vagy objektumokat különböző távolságokból kell rögzítsen. Biztonsági megfigyelőrendszerben egy zoomobjektív állítható arra, hogy különböző részletekre egy épületen belül koncentráljon, illetve mozgó tárgyak követésére. Ugyanakkor a zoomobjektívek nem biztos, hogy ugyanolyan optikai teljesítményt nyújtanak, mint az állandó fókusztávolságú objektívok, különösen a felbontás és torzítás szempontjából.

Telecentrikus Lencsek

Telecentrikus objektívek úgy lettek kialakítva, hogy a nagyításuk állandó maradjon az objektum távolságának meghatározott tartományában. Ez ideálissá teszi őket olyan alkalmazásokhoz, melyek pontos méretmérési igényt támasztanak, például gyártott alkatrészek minőségellenőrzése során. Egy precíziós megmunkáló üzemben telecentrikus objektívek használhatók a megmunkált komponensek méreteinek rendkívül pontos méréséhez, mivel kiküszöbölik a perspektivikus torzítás hatásait.

Makro Objectivumok

A makro objektívek a közelről készített felvételekre vannak optimalizálva, és képesek nagy nagyítási arány elérésére. Olyan alkalmazásokban használják őket, ahol kis méretű tárgyakat vagy finom részleteket kell vizsgálni, például ékszerellenőrzés során vagy biológiai minták képalkotásához. Az ékszerkészítés folyamata során a makro objektívek segítségével ellenőrizhetők a drágakövek rögzítésének részletei vagy a fémmunka minősége.

Következtetés

A megfelelő lencse kiválasztása gépi látás alkalmazásokhoz egy összetett folyamat, amely több szempont figyelembevételét igényli. A látószög, felbontás, élességtartomány, torzítás, munkatávolság, rögzítési kompatibilitás és környezeti igények alapos értékelésével mérnökök és rendszerintegrátorok képesek kiválasztani azt a lencsét, amely optimalizálja a gépi látásrendszer teljesítményét. Függetlenül attól, hogy ipari automatizálásról, minőségellenőrzésről vagy tudományos kutatásról van szó, a helyes lencsekiválasztás kulcsfontosságú az pontos és megbízható képadatok beszerzéséhez további elemzéshez és döntéshozatalhoz.