Explicação detalhada dos parâmetros de lentes industriais

Explicação detalhada dos parâmetros de lentes industriais

No sistema de visão de máquina, a lente é o olho da máquina, e sua principal função é focar a imagem do objeto alvo no dispositivo fotossensível do sensor de imagem (câmera). Todas as informações de imagem processadas pelo sistema de dados precisam ser obtidas através da lente, e a qualidade da lente afeta diretamente o desempenho geral do sistema de visão.

Esta escola de lentes dará uma breve introdução aos parâmetros relevantes das lentes industriais de visão mecânica:

01 Distância focal da lente detalhada (EFL)

Definição: A distância do centro da lente ao ponto focal do espaço da imagem.

A distância focal em um sistema óptico é usada para medir a capacidade de um sistema óptico de convergir ou divergir a luz.

                                                Diagrama de distância focal

Como entender a relação entre distância focal e campo de visão? Para o mesmo elemento fotossensível, quanto maior a distância focal da lente correspondente, menor o campo de visão e vice-versa (excluindo a influência da distorção de alfinetes). Você pode senti-lo intuitivamente de acordo com o seguinte grupo de imagens 

                                                Nota: use o mesmo chip fotossensível

02 Número detalhado da abertura da lente (F.No)

Definição: A relação entre a distância focal (EFL) e a pupila de entrada (D, a imagem da abertura no espaço do objeto), ou seja, F.No=EFL/D.

Como o número F.No afeta o brilho da tela, profundidade de campo e sensibilidade de montagem?

a. brilho do ecrã

O tamanho do número F.No determina quanta energia entra no sistema óptico.

Quanto maior o F.No, menos luz entra no sistema óptico e mais escura a imagem; quanto menor o F.No, mais luz entra no sistema óptico e mais clara a imagem.

Como mostrado abaixo:

                                Nota: O tempo de exposição padrão da câmera, ganho e outros parâmetros são constantes para este item.

b. profundidade de campo

Na premissa de que todos os outros parâmetros permanecem os mesmos, quanto maior o F.No, maior a profundidade de campo; quanto menor o F.No, menor a profundidade de campo.

c. Sensibilidade de montagem

Quanto maior o F.No, menor a sensibilidade da imagem à inclinação da instalação e mais fácil de montar; quanto menor o F.No, maior a sensibilidade da imagem à inclinação da instalação e mais fácil de montar montar.

03 Explicação detalhada da distorção da lente (Distortion)

04 Explicação Detalhada do Campo de Visão da Lente (Campo de Visão)

Definição: A faixa de ângulo espacial que a lente pode ver no componente fotossensível, ou seja, o ângulo de abertura do centro da pupila de entrada do sistema óptico para o objeto ou o ângulo de abertura do centro da pupila de saída do sistema óptico sistema. A relação entre o campo de visão e a distância focal (EFL): Se Y é o comprimento da meia diagonal do Sensor, sem considerar a distorção do sistema óptico, o campo de visão diagonal (2θ)=2*arctan(Y /EFL), conforme mostrado abaixo:

Observação: o campo de visão está relacionado à distância focal da lente, ao tamanho da superfície alvo do sensor e à distorção da lente:

a. Quando a distância focal da lente é a mesma, quanto maior a superfície alvo do sensor, maior o campo de visão;

b. No caso da mesma superfície alvo do sensor, quanto menor a distância focal da lente, maior o campo de visão;

c. Quando a distância focal da lente e a superfície alvo do Sensor são as mesmas, quanto maior for a distorção de almofada (negativa), maior será o campo de visão.

05 Definição detalhada da lente (Resolução)

Definição: O resultado do desempenho abrangente de resolução e contraste. Resolução, também conhecida como resolução, resolução, taxa de discriminação, resolução, refere-se à capacidade da lente de reproduzir com clareza os detalhes da cena que está sendo fotografada. Quanto maior a resolução da lente, mais nítida e delicada será a imagem capturada. A clareza também pode ser expressa pelo número de pares de linhas que podem ser resolvidos pela lente na superfície da imagem dentro da unidade de MM. A unidade é LP/MM. Quanto mais pares de linhas puderem ser resolvidos, maior será a resolução do lente. Como mostrado abaixo:

 Contraste é o contraste, que é usado para descrever a diferença entre a parte mais clara e a parte mais escura da imagem; expresso por MTF (ModulationTransfer Function), MTF descreve as características de transferência do sistema de imagem óptica para o contraste de cada componente de frequência, como mostrado na seguinte fórmula:

 Dentre eles, I'max e I'min representam o valor máximo e mínimo de cinza da imagem, e Imax e Imin representam o valor máximo e mínimo de cinza do objeto. Obviamente, o grau de modulação está entre 0 e 1, e quanto maior o grau de modulação M, maior o contraste; quando o brilho máximo e o brilho mínimo na imagem são iguais, o contraste desaparece completamente e o grau de modulação é 0 em desta vez.

A figura a seguir é uma imagem de comparação com uma resolução de 10LP/MM e um MTF entre 0,05 e 0,4. Pode ser visto na figura abaixo que o valor MTF resolúvel mínimo aceitável para o olho humano está entre 0,15 e 0,2.

Como o MTF afeta o efeito de imagem geral da lente?

O valor MTF em baixa frequência determina o contraste da imagem, e o valor MTF em alta frequência determina a resolução da imagem. A qualidade do MTF afeta diretamente o efeito de imagem geral da lente, conforme mostrado na figura abaixo:

Uma curva: A curva declina suavemente, indicando que a resolução e o contraste da imagem atingiram um bom nível, veja a Figura A;

Curva B: O valor do MTF em baixa frequência é continuamente alto, indicando que o contraste da imagem é bom, mas o MTF em alta frequência é muito baixo, indicando que a resolução da imagem é ruim, veja a Figura B;

Curva C: O valor MTF em baixa frequência cai mais rápido, indicando que o contraste da imagem é ruim; o MTF em alta frequência é maior que o da curva B, indicando que o efeito de resolução da imagem é melhor que B, veja a Figura C;

06 Explicação Detalhada da Iluminação Relativa

definição

A proporção entre o brilho da borda da imagem e o brilho do centro. A iluminância em diferentes posições na superfície do sensor é proporcional à quarta potência do Cosin do ângulo de incidência da luz incidente no plano da imagem.

Iluminância relativa <1? 

07 Profundidade de Campo

definição

A faixa de profundidade do espaço do objeto que pode apresentar uma imagem nítida no plano da imagem.

Então, como é calculada a profundidade de campo? E quais fatores estão relacionados?

08 Ampliação detalhada da lente (Ampliação)

Definição: A relação entre a altura da imagem e a altura do objeto. Método de cálculo da ampliação:

09 Explicação Detalhada do Tamanho da Superfície Alvo da Lente (Círculo Máximo da Imagem)

Definição : Tamanho diagonal de componentes fotossensíveis.

                                                                Diagrama esquemático do tamanho do alvo

10 Explicação detalhada da interface da lente da lente (montagem)

Nota: Os direitos autorais do artigo pertencem ao autor original. Se houver algo errado, entre em contato para excluir.