انتخاب لنزهای نوری برای سیستم های بینایی

لنز نوری سیستم بینایی معمولاً لنز دوربین یا لنز عکاسی نامیده می‌شود، یا به اختصار لنز، و عملکرد آن تصویربرداری نوری است. لنز یک جزء مهم در سیستم بینایی ماشین است و نقش کلیدی در کیفیت تصویربرداری ایفا می‌کند. این امر بر چندین شاخص اصلی کیفیت تصویربرداری تأثیر می‌گذارد، از جمله: وضوح، کنتراست، کاهش و زاویه دید. نه تنها انواع لنزها زیاد است، بلکه کیفیت آنها نیز بسیار متفاوت است. با این حال، کاربران عادی اغلب هنگام طراحی سیستم به انتخاب لنزها توجه کافی نمی‌کنند، که منجر به عدم دستیابی به تصاویر ایده‌آل و حتی شکست در توسعه سیستم می‌شود. بنابراین، انتخاب لنزهای نوری برای سیستم‌های بینایی نیز حیاتی است.

انتخاب لنزهای نوری برای سیستم‌های بینایی (شکل ۱)

1. وضوح تصویر بالا

   وضوح تصویر معمولاً با CTF (تابع انتقال کنتراست) که فرکانس فضایی کنتراست سنسور تصویر را کمی می‌کند، اندازه‌گیری می‌شود، در واحد lp/mm (جفت خط در میلی‌متر). اکثر یکپارچه‌سازان بینایی ماشین اغلب فقط تعداد زیادی لنز ارزان قیمت با پیکسل کم و وضوح پایین جمع‌آوری می‌کنند و سپس فقط می‌توانند تصاویر تار تولید کنند. با لنز تله‌سنتریک AFT، حتی با سنسورهای تصویر با پیکسل کوچک (مانند ۵.۵ مگاپیکسل، ۲/۳ اینچ) می‌توان تصاویر با وضوح بالا تولید کرد.

2. اعوجاج تقریباً صفر

   ضریب اعوجاج درصد تفاوت بین اندازه واقعی و اندازه تصویر سنسور تصویر است. لنزهای ماشین معمولی معمولاً اعوجاجی بالاتر از ۱ تا ۲ درصد دارند که می‌تواند به شدت بر دقت اندازه‌گیری تأثیر بگذارد. در مقابل، لنزهای تله‌سنتریک تحت ساخت و بازرسی کیفیت دقیق قرار می‌گیرند تا این خطا را به طور جدی زیر ۰.۱ درصد کنترل کنند.

3. بدون خطاهای بصری

   هنگام انجام اندازه‌گیری‌های خطی دقیق در کاربردهای اندازه‌گیری، اغلب لازم است جسم از نمای جلوی استاندارد (بدون در نظر گرفتن کناره‌ها) مشاهده شود. علاوه بر این، بسیاری از قطعات مکانیکی را نمی‌توان به طور دقیق قرار داد و فواصل زمانی اندازه‌گیری دائماً در حال تغییر است. از سوی دیگر، مهندسان نرم‌افزار به تصاویری نیاز دارند که به طور دقیق واقعیت را منعکس کنند. لنزهای تله‌سنتریک می‌توانند مشکلات فوق را به طور کامل حل کنند: زیرا مردمک ورودی می‌تواند در بی‌نهایت قرار گیرد، فقط پرتو اصلی موازی با محور نوری در طول تصویربرداری دریافت می‌شود.

4. زاویه دید

   همانطور که از نامش پیداست، زاویه دید، زاویه خط دید است، یعنی لنز نوری سیستم بینایی چقدر «وسیع» می‌تواند ببیند.

این پارامترها همگی به هم مرتبط هستند. رابطه بین لنزهای نوری سیستم بینایی عبارت است از: (۱) هرچه فاصله کانونی کوتاه‌تر باشد، زاویه دید بزرگتر است؛ (۲) هرچه فاصله کاری کوتاه‌تر باشد، میدان دید بزرگتر است. برای لنزهای معمولی، اصول انتخاب عبارتند از: هرچه فاصله کاری نزدیک‌تر باشد بهتر است، هرچه اعوجاج لنز کمتر باشد بهتر است، و هرچه میدان دید بزرگتر باشد بهتر است.