Повний посібник із вибору та калібрування лінз у системах машинного зору

У системах машинного зору промислові камери та об’єктиви працюють разом як «очі» камери, виконуючи важливе завдання передачі зовнішньої оптичної інформації на датчик. Якість роботи об'єктива і обґрунтованість підбору параметрів безпосередньо визначають якість зображення і точність виявлення. Тому оволодіння базовими знаннями щодо вибору лінз має велике значення для підвищення ефективності промислового контролю та автоматизованого виробництва.

Основні поняття об’єктивів промислових камер

Промислові лінзи відрізняються від звичайних споживчих лінз. Їх головна мета — забезпечити точність, стабільність і послідовність зображення. У процесі вимірювання зображень і додатках машинного зору вони часто використовуються в таких сценаріях, як точні вимірювання, виявлення дефектів і розпізнавання розмірів. Порівняно з характеристиками цивільних об’єктивів, промислові об’єктиви приділяють більше уваги низьким спотворенням, високій роздільній здатності та однорідності зображення, щоб забезпечити стабільні дані зображення в середовищах масового виробництва.

Вибір камери та об'єктива

Під час вибору об’єктива слід враховувати відповідність параметрів камери потребам виявлення. Роздільна здатність, розмір цільової поверхні та розмір пікселя камери тісно пов’язані з фокусною відстанню, збільшенням і діапазоном діафрагми об’єктива. Якщо об’єктив і камера не збігаються, це може призвести до неповного зображення, втрати роздільної здатності або надмірного спотворення, що вплине на точність подальшого виявлення та розпізнавання.

Як забезпечити точність і стабільність роботи промислової камери?

Стабільність промислових лінз в основному залежить від таких аспектів:

Низьке спотворення: переконайтеся, що геометрична форма зображення об’єкта на датчику відповідає фактичній;

Висока роздільна здатність і рівномірність: забезпечує чітке зображення в межах усього поля зору без явного розмиття країв;

Розумна оптична конструкція: завдяки оптимізації діафрагми, фокусної відстані та глибини різкості можна отримати стабільні зображення в умовах складного освітлення;

Відповідний розмір інтерфейсу та датчика: уникайте віньєтування та оптичних втрат, забезпечуючи ідеальне прилягання між об’єктивом і камерою.

спотворення лінзи

Дисторсія є ключовим параметром, на який необхідно звернути увагу при виборі об'єктива. Це безпосередньо впливає на вимірювання та точність виявлення.

Радіальне спотворення: спотворення, розподілене вздовж радіуса лінзи. Оскільки світло більше відхиляється від центру лінзи, загальні форми включають:

Бочкоподібне спотворення: краї зображення розширюються назовні, виглядаючи як бочкоподібні опуклості;

Подушкоподібне спотворення: краї зображення звужуються всередину, виглядаючи як краї подушки.

Тангенціальне спотворення: спричинене ексцентриситетом у процесі встановлення або виготовлення лінзи, що проявляється як тангенціальне зміщення точок зображення відносно їхнього ідеального положення.

Різні типи спотворень можуть призвести до помилок виявлення. Тому в сценаріях точних вимірювань необхідно віддавати перевагу промисловим лінзам з чудовим контролем спотворення.

Різні прояви спотворення

На додаток до бочкоподібних і подушкоподібних спотворень, складні спотворення також можуть виникнути в практичних застосуваннях, і в цьому випадку їх потрібно виправити за допомогою калібрування або програмних алгоритмів. Складність викривлення вимагає від користувачів не лише дивитися на параметри об’єктива під час вибору, але й перевіряти їх на основі фактичного середовища застосування.

Зазвичай використовувані методи калібрування камери

Щоб усунути вплив спотворення та забезпечити узгодженість між зображенням і реальними координатами, зазвичай потрібне калібрування камери. Загальні методи калібрування включають:

1) Традиційний метод калібрування камери

Відповідний зв’язок між точками калібрування та точками зображення встановлюється за допомогою об’єкта калібрування відомого розміру (наприклад, шахової дошки) для розрахунку внутрішніх і зовнішніх параметрів камери. Відповідно до різних об'єктів калібрування, його можна розділити на калібрування площини та тривимірне калібрування. Цей метод має високу точність, але вимагає високоякісних калібрувальних матеріалів і відносно громіздкий в експлуатації.

2) Метод калібрування камери активного бачення

Цей метод не покладається на об’єкти калібрування, а виводить параметри за відомою траєкторією руху камери. Перевагою є те, що алгоритм є простим і надійним, але недоліком є ​​те, що експериментальне обладнання є дорогим і застосовне лише до сцен в умовах контрольованого руху.

3) Метод самокалібрування камери

Калібрування базується на геометричних характеристиках сцени (таких як паралельні та ортогональні лінії). Обчислюйте параметри камери через точки сходу та спроектовані геометричні співвідношення. Цей метод є гнучким і підходить для онлайн-калібрування, але алгоритм має високу складність і низьку стійкість.

Вибір об’єктивів для промислових камер включає багато аспектів, таких як оптичні принципи, параметри зображення та методи калібрування. Лише за умови глибокого розуміння фокусної відстані, дисторсії, глибини різкості, діафрагми та інших параметрів у поєднанні з реальними сценаріями застосування можна вибрати найбільш підходящий об’єктив. Для систем машинного зору, які прагнуть високої точності та надійності, правильний вибір лінз і розумні методи калібрування є ключовими для забезпечення якості перевірки та ефективності виробництва.