Isang kumpletong gabay sa pagpili at pagkakalibrate ng lens sa mga application ng machine vision

Sa mga sistema ng pangitain ng makina, ang mga pang-industriya na kamera at mga lente ay nagtutulungan bilang 'mga mata' ng camera, na isinasagawa ang mahalagang gawain ng pagpapadala ng panlabas na optical na impormasyon sa sensor. Ang kalidad ng pagganap ng lens at ang pagiging makatwiran ng pagpili ng parameter ay direktang tumutukoy sa kalidad ng imaging at katumpakan ng pagtuklas. Samakatuwid, ang pag-master ng pangunahing kaalaman sa pagpili ng lens ay may malaking kahalagahan sa pagpapabuti ng kahusayan ng pang-industriya na inspeksyon at automated na produksyon.

Pangunahing konsepto ng mga pang-industriya na lente ng camera

Ang mga pang-industriya na lente ay iba sa mga ordinaryong lente ng consumer. Ang kanilang pangunahing layunin ay upang matiyak ang katumpakan, katatagan at pagkakapare-pareho ng imaging. Sa proseso ng pagsukat ng imahe at mga application ng machine vision, kadalasang ginagamit ang mga ito sa pagsukat ng katumpakan, pagtuklas ng depekto, pagkilala sa laki at iba pang mga sitwasyon. Kung ikukumpara sa pagganap ng lens ng sibilyan, mas binibigyang pansin ng mga industriyal na lente ang mababang pagbaluktot, mataas na resolution at pagkakapareho ng imaging upang matiyak ang matatag na data ng imahe sa mga kapaligiran ng mass production.

Pagpili ng camera at lens

Kapag pumipili ng lens, dapat isaalang-alang ang pagtutugma ng mga parameter ng camera at mga pangangailangan sa pagtuklas. Ang resolution, target na laki ng surface, at pixel size ng camera ay malapit na nauugnay sa focal length, magnification, at aperture range ng lens. Kung hindi magkatugma ang lens at camera, maaari itong magresulta sa hindi kumpletong imaging, nasayang na resolution, o labis na pagbaluktot, kaya makakaapekto sa katumpakan ng kasunod na pagtuklas at pagkilala.

Paano masisiguro ang katumpakan at katatagan ng gawaing pang-industriya na camera?

Ang katatagan ng mga pang-industriyang lente ay pangunahing nagmumula sa mga sumusunod na aspeto:

Mababang pagbaluktot: Tiyakin na ang geometric na hugis ng object image sa sensor ay pare-pareho sa aktwal na isa;

Mataas na resolution at pagkakapareho: tiyakin ang malinaw na imaging sa loob ng buong field ng view nang walang halatang edge blur;

Makatwirang optical na disenyo: Sa pamamagitan ng pag-optimize ng aperture, focal length at depth of field, maaari pa ring makuha ang mga stable na larawan sa mga kumplikadong kapaligiran sa pag-iilaw;

Katugmang interface at laki ng sensor: iwasan ang pag-vignetting at pagkawala ng optical, tinitiyak ang perpektong akma sa pagitan ng lens at camera.

pagbaluktot ng lens

Ang pagbaluktot ay isang pangunahing parameter na dapat bigyang pansin sa panahon ng pagpili ng lens. Direktang nakakaapekto ito sa pagsukat at katumpakan ng pagtuklas.

Radial distortion: Distortion na ipinamahagi sa radius ng lens. Dahil mas makabuluhang yumuko ang liwanag mula sa gitna ng lens, ang mga karaniwang anyo ay kinabibilangan ng:

Barrel distortion: Ang mga gilid ng larawan ay lumalawak palabas, na parang mga bulge ng bariles;

Pincushion distortion: Ang mga gilid ng larawan ay lumiliit papasok, na parang mga gilid ng unan.

Tangential distortion: sanhi ng eccentricity sa pag-install ng lens o proseso ng pagmamanupaktura, na nagpapakita bilang isang tangential shift ng mga punto ng imahe na nauugnay sa kanilang perpektong posisyon.

Ang iba't ibang uri ng pagbaluktot ay maaaring humantong sa mga error sa pagtuklas. Samakatuwid, sa mga senaryo sa pagsukat ng katumpakan, kinakailangang bigyang-priyoridad ang mga pang-industriyang lente na may mahusay na kontrol sa pagbaluktot.

Iba't ibang mga pagpapakita ng pagbaluktot

Bilang karagdagan sa barrel at pincushion distortion, ang compound distortion ay maaari ding mangyari sa mga praktikal na aplikasyon, kung saan kailangan itong itama sa pamamagitan ng calibration o software algorithm. Ang pagiging kumplikado ng pagbaluktot ay nangangailangan ng mga user na hindi lamang tumingin sa mga parameter ng lens kapag pumipili, ngunit i-verify din ito batay sa aktwal na kapaligiran ng application.

Mga karaniwang ginagamit na paraan ng pagkakalibrate ng camera

Upang maalis ang impluwensya ng pagbaluktot at matiyak ang pagkakapare-pareho sa pagitan ng imahe at ng mga real-world na coordinate, karaniwang kinakailangan ang pag-calibrate ng camera. Ang mga karaniwang pamamaraan ng pagkakalibrate ay kinabibilangan ng:

1) Tradisyunal na paraan ng pagkakalibrate ng camera

Ang kaukulang ugnayan sa pagitan ng mga punto ng pagkakalibrate at mga punto ng imahe ay itinatag sa pamamagitan ng isang bagay sa pagkakalibrate na alam ang laki (tulad ng isang checkerboard) upang kalkulahin ang panloob at panlabas na mga parameter ng camera. Ayon sa iba't ibang mga bagay sa pagkakalibrate, maaari itong nahahati sa pagkakalibrate ng eroplano at tatlong-dimensional na pagkakalibrate. Ang pamamaraang ito ay may mataas na katumpakan, ngunit nangangailangan ng mataas na kalidad na mga materyales sa pagkakalibrate at medyo mahirap gamitin.

2) Aktibong paraan ng pagkakalibrate ng camera ng paningin

Ang pamamaraang ito ay hindi umaasa sa mga bagay sa pagkakalibrate, ngunit hinuhulaan ang mga parameter sa pamamagitan ng kilalang motion trajectory ng camera. Ang kalamangan ay ang algorithm ay simple at matatag, ngunit ang kawalan ay ang pang-eksperimentong kagamitan ay mahal at naaangkop lamang sa mga eksena sa ilalim ng nakokontrol na mga kondisyon ng paggalaw.

3) Paraan ng self-calibration ng camera

Ang pagkakalibrate ay batay sa mga geometric na tampok sa eksena (tulad ng mga parallel na linya at orthogonal na linya). Kalkulahin ang mga parameter ng camera sa pamamagitan ng mga nawawalang punto at inaasahang geometric na relasyon. Ang pamamaraang ito ay nababaluktot at angkop para sa online na pagkakalibrate, ngunit ang algorithm ay may mataas na kumplikado at mahinang katatagan.

Ang pagpili ng mga pang-industriya na lente ng camera ay nagsasangkot ng maraming aspeto tulad ng mga optical na prinsipyo, mga parameter ng imaging at mga pamamaraan ng pagkakalibrate. Tanging sa isang malalim na pag-unawa sa focal length, distortion, depth of field, aperture at iba pang mga parameter, na sinamahan ng mga aktwal na sitwasyon ng aplikasyon, maaari kang pumili ng pinakaangkop na lens. Para sa mga system ng machine vision na naghahangad ng mataas na katumpakan at pagiging maaasahan, ang tamang pagpili ng lens at mga makatwirang paraan ng pagkakalibrate ay ang susi sa pagtiyak ng kalidad ng inspeksyon at kahusayan sa produksyon.