Bir objektifin teknik yapısı
Hangi objektif tipleri vardır?
Genel olarak, entosentrik ve telesentrik objektifler arasında ayrım yapılır:
Entosentrik objektifler
Entosentrik objektifler, endüstriyel görüntü işlemede en sık kullanılan objektif türlerinden biridir. Hem sabit odak uzaklıkları hem de yakınlaştırma objektifleri, insan gözünün doğal algısına benzeyen bu optik prensibe dayanır.
Entosentrik normal objektif, objeye veya sensöre hizalanmış olmasına bakılmaksızın açılma açısını sabit tutar. Buna karşılık, entosentrik yakınlaştırma objektiflerinde açılma açısı değişebilir. Normal objektifler, yaklaşık 50 derecelik açılma açısı insan gözüne eşdeğer olan objektiflerdir.
Özellikler
Entosentrik objektiflerde, kameraya daha yakın olan objeler daha büyük görünürken daha uzaktaki objeler daha küçük görünür. Bu sayede sabit odak uzaklıklarında da görüntü kesiti kolayca uyarlanabilir. Obje ne kadar uzaksa, görüntü kesiti o kadar büyük, obje ne kadar yakınsa, görüntü kesiti o kadar küçük olur.
Çalışma mesafesi, üretici tarafından belirtilen minimum nesne mesafesine (MOD) kadar azaltılabilir. Ara halkalar kullanılarak bu mesafe daha da azaltılabilir, ancak bu da optik görüntü hatalarına neden olabilir. Bu etki, özellikle geniş açılı objektiflerde bir zorluk oluşturur. Bu esnada obje görüntünün ortasında dikey olarak algılanır, ancak görüş açısı görüntünün kenarlarına doğru giderek kaydırılır. Diyaframı kapatarak ve bununla bağlantılı olarak netlik derinliğini artırarak bu etki azaltılabilir.
Entosentrik objektifli uygulamalar
Telesentrik objektifler
Telesentrik objektifler, özellikle görüntü alanı içindeki obje pozisyonunun X ve Y yönlerinde değiştiği ve yine de bozulmasız sonuçlar gerektiren hassas ölçüm uygulamalarında kullanılır.
Bu optik ünitelerde açılma açısı tanımlanmış bir alanda neredeyse sıfır derecedir. Bu sayede ışık ışınları optik eksene neredeyse paralel olarak hareket ederek perspektif bozulmaları önler. Bu, objenin kameraya daha yakın veya daha uzak olmasına bakılmaksızın görüntünün tüm görüş alanı boyunca sabit kalmasını sağlar. Telesentrik objektifler, sabit bir görüntüleme ölçeğinin önemli olduğu hassas uzunluk, genişlik ve konum ölçümleri için özellikle uygundur.
Telesentrik sistemler, entosentrik objektiflerin aksine sadece görüntünün merkezine değil, aynı zamanda görüntünün kenarlarına da dikey olarak objeye odaklanır.
Telesentrik lenslerin kullanım alanları
Telesentrik optik üniteler özellikle ölçüm veya inceleme görevlerinde kullanılır:
Farklı nesne düzeylerindeki yapıların karşılaştırılması
Örneğin, bir iş parçasının üst ve alt tarafındaki deliklerin ölçümünde telesentrik optik ünitesi, tutarlı bir görüntüleme ölçeği sağlar ve güvenilir karşılaştırma ölçümleri sağlar.Hatalı beslemede değişken obje mesafeleri
Besleme veya konumlandırmadaki toleranslar gibi nedenlerle objektif ile obje arasındaki mesafe tam olarak tekrarlanamıyorsa, telesentrik optik ünitesiyle görüntü ölçeğe uygun kalır.Deliklerin ve iç konturların incelenmesi ve ölçümü
Telesentrik optik ünitesi ile delikler veya girintiler perspektif bozulması olmadan ve eğimli duvarlara bakmadan görüntülenebilir. Konturlar hassas kalır, bu da özellikle hassas konum ölçümleri, çap kontrolleri veya kalite kontrolleri için çok önemlidir.
Bu tür uygulamaların en iyi şekilde aydınlatılması için alan aydınlatmalarının kullanılması önerilir. Bunlar homojen, gölgesiz bir aydınlatma sağlar.
Entosentrik ve telesentrik objektifler arasında doğrudan karşılaştırma
| Entosentrik objektif | Telesentrik objektif | |
|---|---|---|
| Açılma açısı | yakl. 50°C | Neredeyse 0°C (paralel) |
| Perspektif bozulma | Evet | Hayır |
| Ölçeklendirme | Derinlik değişikliğinde değişken | Sabit |
| Ölçüm hassasiyeti: | Sınırlandırılmış | Çok yüksek |
| Yan duvarların gösterimi | Mümkün (örneğin balık gözü ile) | Mümkün değildir |
| Tipik uygulama | Görsel kontrol, genel uygulamalar | Hassas ölçüm teknolojisi |
Doğru objektifi seçmek için kritik kriterler
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.
-
Kamera
-
Model
-
Bilinmeyen
-
Birim
-
Bilinen değerler
Kamerayı seç
Yenilikçi ürünlerimizden birini seçin.
Model seç
Lütfen modelinizi seçin.
Bilinmeyeni seç
Ne hesaplanacak?
*Calışma mesafesi, optiğin ön kenarından test objesinin yüzeyine kadar olan mesafeyi ifade eder
Birim seç
Değerlerinizi hangi birimde girmek istiyorsunuz?
Diğer karar kriterleri
Yüksek kaliteli optik üniteler kameraya, görüntü sensörüne ve kullanım amacına uygun olmalıdır. Ölçüm, renk testi, kızılötesi denetim, robotik uygulamalar veya varlık kontrolleri gibi uygulamalara bağlı olarak farklı optik kalite gereksinimleri göz önünde bulundurulmalıdır.
Bir objektif seçerken en önemli ayar parametreleri ve karar kriterleri şunlardır:
Sensör ve piksel boyutlarının çözünürlüğü
Optimum görüntü kalitesi için sensör ve objektif arasındaki uyum çok önemlidir. Görüntü sensöründe ayrıntıları hassas bir şekilde görüntüleyebilmek için objektif yüksek optik kaliteye sahip olmalıdır. Burada piksel boyutu önemli bir rol oynar: Pikseller ne kadar küçük olursa, sensör performansının tamamını kullanmak için objektifin çözünürlüğü ve görüntüleme performansı o kadar yüksek olmalıdır.
Modern üretim teknolojileri, daha ince piksel yapılarına sahip gittikçe daha kompakt sensörlere olanak sağlıyor. Daha küçük sensörler ve piksellere yönelik bu trend, entegrasyon yoğunluğunu artırır ve daha verimli malzeme kullanımına olanak tanır. Aynı zamanda ışık hassasiyeti ve gürültü azaltmadaki ilerlemeler, küçük piksellerde bile görüntü kalitesini iyileştirir.
Genel olarak şu geçerlidir: Daha büyük piksellere sahip daha büyük sensörler genellikle daha yüksek ışık verimi ve daha iyi görüntü kalitesi sağlar, ancak daha fazla alan gerektirir ve genellikle daha yüksek maliyetle ilişkilidir.
Piksel boyutunun ve objektif çözünürlüğünün görüntü kalitesi üzerindeki etkisi
İlgili grafik, bir kamera sensörünün piksel boyutu ile kullanılan objektifin optik çözünürlüğü arasındaki ilişkiyi gösterir. Her iki örnekte de sensör boyutu sabit kalırken piksel boyutu azalır ve toplam çözünürlük buna göre artar.
Çözünürlüğü düşük, yani daha büyük piksellere sahip sensörlerde genellikle farklı objektifler arasındaki görüntü sonuçlarında önemli farklılıklar görülmez. Ancak piksel boyutu azaldıkça, objektifin görüntüleme performansına yönelik talepler de artar. Bu durumda, objektifin optik kalitesi görüntü keskinliğine ve ayrıntılara önemli ölçüde katkıda bulunabilir.
Sensör çözünürlüğü objektifin optik performansını aşarsa görüntü kalitesi görünür şekilde düşebilir. Buna karşın piksel yoğunluğu objektif tarafından aktarılabilen sınır frekansın içindeyse sensörün verimli bir şekilde kullanılması mümkündür.
Bir kamera sisteminin genel görüntü kalitesi sadece sensör tarafından değil, tüm optik ve elektronik bileşenlerin etkileşimi ile belirlenir. Bu nedenle, zorlu görüntü işleme uygulamalarında ince yapıların güvenilir bir şekilde yakalanması için uyumlu bir sistem tasarımı çok önemlidir.
Görüntü dairesi çapı
C mount gibi aynı bağlantı standardına sahip objektifler, görüntü dairesi çapında farklılık gösterebilir. Görüntü dairesi, bir objektifin önemli ölçüde kenar gölgelendirmesi veya parlaklık kaybı olmadan eşit bir şekilde aydınlattığı alanı tanımlar.
Sensör alanının eksiksiz ve homojen bir şekilde aydınlatılması için objektifin görüntü dairesi çapı en az sensör boyutuna eşit olmalıdır.
Daha büyük görüntü dairesi çapına sahip objektifler de kullanılabilir. Görüntü açısını değiştirirler ve genellikle aynı sensör boyutunda görüntü kalitesini iyileştirmeden daha büyük boyutlar ve daha yüksek maliyetlerle ilişkilidirler.
Diyafram ayarı
Diyafram, ışığın sensöre ulaştığı objektifteki değişken açıklıktır. Boyutları üst üste binen bir dizi lamel ile kontrol edilir ve insan gözünün göz bebeğine işlevsel olarak eşittir. Daha küçük bir diyafram açıklığı (daha yüksek diyafram sayısı) ışık miktarını azaltır, pozlama süresini uzatır ve netlik derinliğini artırır . Daha büyük bir diyafram açıklığı (daha düşük diyafram sayısı) daha fazla ışığa izin verir, pozlama sürelerini kısaltır ancak netlik derinliğini azaltır.
Diyafram doğrudan şunları etkiler:
Kameranın pozlama süresi
Görüntüde netlik derinliği
Netlik derinliği
Netlik derinliği, optik eksen boyunca görüntüdeki objelerin yeterince net gösterildiği alanı tanımlar. Diyafram açıklığına, odak uzaklığına ve görüntü ölçeğine bağlıdır. İnceleme ve ölçüm görevleri için ilgili tüm özelliklerin bu aralıkta olması çok önemlidir. Sabit tanımlı kamera sistemlerinde netlik derinliği öncelikle diyafram açıklığı üzerinden kontrol edilir: Daha küçük bir diyafram (daha yüksek diyafram sayısı) netlik derinliğini artırır, ancak ışık miktarını azaltır ve daha uzun pozlama süreleri gerektirir. Bulanıklık sensörün piksel boyutundan küçük kaldığı sürece bir görüntü keskin sayılır.
Minimum obje mesafesi (MOD)
MOD, bir objektifin ön merceği ile obje arasında hala keskin bir odaklanmanın mümkün olduğu en kısa mesafedir. Bu, objektifin optik tasarımı, odak uzaklığı ve mekaniği tarafından belirlenir.
Geniş açılı objektifler genellikle daha düşük bir MOD'ye sahiptir. Küçültme, objeden sensöre olan mesafeyi artıran ve böylece yakın ayar sınırını azaltan karartma veya ara halkalar kullanılarak da mümkündür.
Ara halkalar
Ara halkalar objektif ve kamera arasına monte edilir ve sensör ile objektif grubu arasındaki mesafeyi (görüntü genişliği) artırır. Bu, objektifin yakın ayar sınırını azaltabilir. Obje optik üniteye yaklaştırılabilir ve görüntülenen obje alanı küçülür. Bu sayede, örneğin 9 mm × 6 mm aralığındaki çok küçük görüntü kesitleri de standart objektiflerle net bir şekilde kaydedilebilir. Bu sayede ara halkalar yakın çekimler için etkili bir seçenek sunar ve makro objektiflere alternatif olarak kullanılabilir.
Vignetleme
Vignetleme, özellikle ikili görüntü tabanlı algoritmalarda ölçüm sonuçlarını bozabilecek ve obje algılamasını zorlaştırabilecek bir görüntünün kenarlarının kararmasıdır.
Bu etkiyi azaltmak için ya daha küçük bir diyafram açıklığı ya da güçlü, eşit aydınlatma kullanılması önerilir. Bu sayede, genellikle karartmaya neden olan, düz bir şekilde gelen kenar ışınları en aza indirilir.
