La conception technique d’un objectif
Quels sont les types d’objectifs disponibles ?
En règle générale, une distinction est faite entre les objectifs entocentriques et télécentriques :
Objectifs entocentriques
Les objectifs entocentriques font partie des types d’objectifs les plus couramment utilisés dans le traitement d’images industriel. Les distances focales fixes et les objectifs zoom sont basés sur ce principe optique qui se rapproche de la perception naturelle de l’œil humain.
Avec un objectif normal entocentrique, l’angle d’ouverture reste constant, qu’il soit orienté vers l’objet ou le capteur. En revanche, l’angle d’ouverture peut varier avec les objectifs zoom entocentriques. Les objectifs normaux sont des objectifs dont l’angle d’ouverture correspond à environ 50 degrés à celui de l’œil humain.
特性
对于偏心物镜，靠近摄像头的对象看起来更大，远处的对象看起来更小。因此，即使在固定焦距下也能很好地调整图像截图。对象距离越远，图像截面越大，对象越靠近，对象越小。
工作距离可以减小到制造商规定的最小物体距离 (MOD) 。插入间隔环可进一步减小此间距，但这可能会导致视觉图像错误。对于广角物镜而言，这种效果尤其具有挑战性。在此过程中，虽然垂直探测到图像中心的对象，但视角越来越向图像边缘移动。通过关闭光圈并随之增加焦深，可以降低这种效果。
使用偏心物镜的应用
远心物镜
远心物镜主要用于精密测量应用，尤其是在如下地方：物体位置在视野内沿 X 和 Y 方向发生变化，但仍需要无失真的结果。
在这些光学元件中，张角在规定范围内接近零度。 因此，光束几乎平行于光轴，从而避免透视失真。因此，无论对象距离摄像头更近还是更远，整个视野中的成像都保持不变。 远心物镜特别适合精确测量长度、宽度和位置，在这些情况下，稳定的成像比例至关重要。
与偏心物镜不同，远心系统不仅在图像中心对焦，而且在图像边缘垂直对焦对象。
远心物镜的应用领域
偏心物镜和远心物镜之间的直接比较
| 偏心物镜 | 远心物镜 | |
|---|---|---|
| 波束角 | 约 50°C | 接近 0°C（平行） |
| 透视失真 | 是 | 否 |
| 成像比例 | 深度变化时可变 | 恒定 |
| 测量精度 | 受限 | 非常高 |
| 显示侧壁 | 可行（例如带鱼眼） | 不可行 |
| 典型的应用 | 目视检查，一般应用 | 精确的测量技术 |
选择合适的物镜的关键标准
Çalışma mesafesi
Obje boyutu
Sensör boyutu
Kamera tarafından belirlenen sensör boyutu, görüntü boyutunu doğrudan etkiler ve uygun optik ünitesinin seçiminde belirleyicidir. Daha büyük sensörler genellikle tüm sensör alanını aydınlatmak ve yüksek görüntü kalitesi sağlamak için daha yüksek kaliteli ve daha büyük objektifler gerektirir.
Optik ünitesinin sensöre olan mesafesi
Optik ünitesinin sensöre olan mesafesi kamera üreticisi ve kullanılan bağlantı dişlisi tarafından tanımlanır. Bu esnada farklı destek ölçüleri mevcuttur. Ayrıca mesafe, ara halkalar ve odak uzaklığı çiftleyicileri kullanılarak ayarlanabilir.
-
Caméra
-
Modèle
-
Inconnue
-
Unité
-
Valeurs connues
Sélectionner une caméra
Faites votre choix parmi nos produits innovants.
Sélectionner un modèle
Veuillez sélectionner votre modèle.
Sélectionner Inconnue
Quelle est le paramètre à calculer ?
*La distance de travail décrit la distance entre le bord avant de l’optique et la surface de l’objet à contrôler.
Sélectionner une unité
Dans quelle unité souhaitez-vous saisir vos valeurs ?
Altri criteri decisionali
Un’ottica di alta qualità deve essere adattata alla camera, al suo sensore di immagine e al rispettivo scopo d’uso. A seconda dell’applicazione, come ad esempio misurazioni, test del colore, ispezioni a raggi infrarossi, applicazioni robotiche o controlli di presenza, è necessario considerare diversi requisiti di qualità ottica.
I principali parametri di impostazione e criteri decisionali per la scelta di un obiettivo sono:
Risoluzione del sensore e dimensioni dei pixel
Per una qualità ottimale dell’immagine, è fondamentale che il sensore e l’obiettivo siano allineati. L’obiettivo deve avere un’elevata qualità ottica per riprodurre dettagli precisi sul sensore di immagine. La dimensione dei pixel gioca un ruolo centrale: Più piccoli sono i pixel, maggiore deve essere la risoluzione e la potenza di immagine dell’obiettivo per sfruttare appieno le prestazioni del sensore.
Le moderne tecnologie di produzione consentono sensori sempre più compatti con strutture di pixel più sottili. Questa tendenza verso sensori e pixel più piccoli aumenta la densità di integrazione e consente un utilizzo più efficiente dei materiali. Allo stesso tempo, i progressi nella sensibilità alla luce e nella soppressione del rumore migliorano la qualità dell’immagine anche con pixel piccoli.
In linea di massima vale quanto segue: I sensori più grandi con pixel più grandi spesso forniscono una maggiore resa luminosa e una migliore qualità dell’immagine, ma richiedono più spazio e sono generalmente associati a costi più elevati.
Influenza delle dimensioni dei pixel e della risoluzione dell’obiettivo sulla qualità dell’immagine
Il relativo grafico mostra la relazione tra le dimensioni dei pixel di un sensore della telecamera e la risoluzione ottica dell’obiettivo utilizzato. In entrambi gli esempi, la dimensione del sensore rimane costante, mentre la dimensione dei pixel diminuisce e la risoluzione complessiva aumenta di conseguenza.
Con i sensori a bassa risoluzione, ossia con pixel più grandi, di solito non si riscontrano differenze significative nel risultato dell’immagine tra diversi obiettivi. Tuttavia, man mano che le dimensioni dei pixel diminuiscono, aumentano i requisiti di prestazione dell’obiettivo. In questo caso, la qualità ottica dell’obiettivo può contribuire in modo significativo alla nitidezza dell’immagine e alla fedeltà dei dettagli.
Se la risoluzione del sensore supera le prestazioni ottiche dell’obiettivo, la qualità dell’immagine può essere visibilmente compromessa. Se invece la densità di pixel rientra nella frequenza limite trasmissibile dall’obiettivo, è possibile utilizzare il sensore in modo efficiente.
La qualità complessiva dell’immagine di un sistema di telecamere non è quindi determinata solo dal sensore, ma dall’interazione di tutti i componenti ottici ed elettronici. Un design del sistema coordinato è quindi fondamentale per l’acquisizione affidabile di strutture sottili in applicazioni di elaborazione di immagine complesse.
Diametro del cerchio dell’immagine
Gli obiettivi con lo stesso standard di connessione, come ad es. C mount, possono differire nel diametro del cerchio dell’immagine. Il cerchio dell’immagine è l’area che un obiettivo illumina in modo uniforme, senza ombreggiature marginali significative o cadute di luminosità.
Per un’illuminazione completa e omogenea della superficie del sensore, il diametro del cerchio dell’immagine dell’obiettivo deve corrispondere almeno alle dimensioni del sensore.
Possono essere utilizzati anche obiettivi con diametro del cerchio dell’immagine più grande. Modificano l’angolo dell’immagine e in genere comportano dimensioni più grandi e costi più elevati, senza migliorare la qualità dell’immagine mantenendo le stesse dimensioni del sensore.
Regolazione del diaframma
Il diaframma è l’apertura variabile nell’obiettivo attraverso la quale la luce raggiunge il sensore. Le sue dimensioni sono controllate da una disposizione di lamelle sovrapposte e corrispondono funzionalmente alla pupilla dell’occhio umano. Un diaframma più piccolo (numero di diaframmi più elevato) riduce la quantità di luce, prolunga il tempo di illuminazione e aumenta la profondità di campo. Un diaframma più ampio (numero di diaframmi più basso) lascia entrare più luce, consente tempi di illuminazione più brevi, ma riduce la profondità di campo.
Il diaframma influisce direttamente:
il tempo di illuminazione della camera
la profondità di campo nell’immagine
Profondità di campo
La profondità di campo definisce l’area lungo l’asse ottico in cui gli oggetti nell’immagine vengono rappresentati in modo sufficientemente nitido. Dipende dall’apertura, dalla distanza focale e dalla scala dell’immagine. Per le attività di verifica e misurazione è fondamentale che tutte le caratteristiche rilevanti rientrino in questo intervallo. Nei sistemi di telecamere fisse, la profondità di campo viene controllata principalmente tramite l’apertura dell’iris: Un diaframma più piccolo (numero di diaframmi più elevato) aumenta la profondità di campo, ma riduce la quantità di luce e richiede tempi di illuminazione più lunghi. Un’immagine è considerata nitida finché la sfocatura rimane inferiore alle dimensioni dei pixel del sensore.
Distanza minima oggetto (MOD)
La MOD è la distanza minima tra la lente anteriore di un obiettivo e l’oggetto che consente una messa a fuoco nitida. È determinata dalla struttura ottica, dalla distanza focale e dalla meccanica dell’obiettivo.
Gli obiettivi grandangolari hanno generalmente una MOD inferiore. La riduzione è possibile anche abbagliando o utilizzando anelli distanziatori che aumentano la distanza dell’oggetto dal sensore e riducono così il limite di regolazione ravvicinato.
Anelli distanziatori
Gli anelli distanziatori vengono montati tra l’obiettivo e la camera e aumentano la distanza tra il sensore e il gruppo obiettivo (larghezza immagine). In questo modo è possibile ridurre il limite di messa a fuoco dell’obiettivo. L’oggetto può essere avvicinato all’ottica e il campo oggetto visualizzato si riduce. In questo modo è possibile acquisire con nitidezza anche sezioni di immagine molto piccole, ad es. nell’intervallo di 9 mm × 6 mm, con obiettivi standard. Gli anelli distanziatori offrono quindi una possibilità efficiente per le immagini da vicino e possono rappresentare un’alternativa ai macro obiettivi.
Vignettatura
Per vignettatura si intende l’oscuramento dei bordi di un’immagine che può falsificare i risultati di misurazione e rendere difficile il riconoscimento dell’oggetto, in particolare con algoritmi basati su immagini binarie.
Per ridurre questo effetto, è consigliabile utilizzare un’apertura del diaframma piccola o un’illuminazione potente e uniforme. In questo modo si riducono al minimo i raggi laterali piatti che solitamente causano l’oscuramento.
