機械ビジョンにおける歪みをご存知ですか？

歪んだ画像に遭遇したことはありますか？ 直線であるべき物体が曲がり、甚至エッジまで曲がっています。これは実際にレンズ歪みによって引き起こされており、物体の画像が歪む原因となります。しかし、鮮明さには影響しません。

機械ビジョンシステムにおける光学的な歪みには、主に放射状歪みと接線状歪みの2種類があります。それらの原因、影響、補正方法を理解することは、信頼性のある視覚検査結果を確保するために重要です。

1. 径方向歪みと接線方向歪み

その中で、組み立て誤差によりレンズが画像表面に対して平行でないために引き起こされる歪みを接線方向歪みと呼び、これは画像の中心と端を歪ませ、画像の水平または垂直ラインが曲線になる原因となります。径方向歪みは、レンズの形状と製造プロセスによって引き起こされ、レンズの縁に近づくほど歪みは深刻になります。一般的に、凸の径方向歪みは「バレル歪み」と呼ばれ、凹のものは「ピンクッション歪み」と呼ばれます。

2. 歪み補正の必要性

工業計測や自動品質管理など、精度に依存するアプリケーションでは、補正されていない歪みが大災害的な測定エラーを引き起こす可能性があります。わずか数ピクセルの偏差でも、実世界の単位での寸法的不正確さに大きな影響を与えることがあります。したがって、歪み補正は画像に基づく意思決定システムにとって不可欠となります。

3. ハイブリッド補正戦略

歪みは光学システム固有の特性であるため、完全に除去することは現実的ではありません。しかし、ハードウェア調整と計算方法を組み合わせることで、その影響を軽減できます：

接線歪みに対するハードウェアソリューション

接線歪みに対処するには主に機械的な再校正が行われます。レンズをセンサーと完全に平行になるように再配置することです。

放射歪みに対するソフトウェアソリューション

放射歪みは通常、ソフトウェアを通じて補正されます。レンズの歪み係数が計算され、その後ソフトウェアで処理されます。

カメラのキャリブレーション（例えばチェス盤パターンを使用して）により、これらのパラメータが計算され、歪んだピクセルを理論上の位置に再マッピングするために適用されます。

C 結論：光学と計算のバランス取り

レンズ歪みは機械視覚において持続的な課題をもたらしますが、その影響は系統的に管理可能です。接線歪みには精密なハードウェアのアライメントが必要であり、放射歪みには高度なソフトウェアによる補正が必要です。これらの両方のアプローチを統合することで、エンジニアは画像の幾何学的忠実度を復元し、現代の産業応用で必要な精度を視覚システムが提供できるようにすることができます。