Ci sono molte caratteristiche importanti nel design dell'obiettivo, tra cui la risoluzione dell'obiettivo, la distorsione dell'obiettivo e l'uniformità dell'illuminazione, che influiscono direttamente sulle prestazioni del sistema di visione artificiale.

Le telecamere, gli obiettivi e l'illuminazione utilizzati nei sistemi di visione artificiale contribuiscono tutti in modo importante alla qualità complessiva dell'immagine. Il rapido sviluppo della tecnologia dei sensori di immagine CMOS negli ultimi anni ha portato grandi sfide ai produttori di obiettivi. Una risoluzione del sensore sempre più alta significa che molti sensori ora hanno pixel più piccoli e richiedono obiettivi a risoluzione più elevata. D'altra parte, un sensore ad alta risoluzione che mantiene una dimensione in pixel maggiore per una maggiore sensibilità di solito utilizza un formato più grande e quindi richiede un obiettivo ad alta risoluzione di formato più grande. Inoltre, molte applicazioni che richiedono obiettivi con lunghezze focali molto lunghe, come la sorveglianza, lo sport, la fotografia aerea e la fotografia nelle strutture di divertimento dei parchi a tema, vengono sempre più incluse nella categoria della visione artificiale e devono essere affrontate.

（1）Informazioni sulla funzione di trasferimento della modulazione delle prestazioni dell'obiettivo (MTF)

L'obiettivo ideale produce un'immagine che corrisponde perfettamente a un oggetto, inclusi tutti i suoi dettagli e le variazioni di luminosità. In pratica, questo non è affatto del tutto possibile, poiché l'obiettivo funge da filtro passa-basso. Tenendo conto di tutte le aerazioni, la qualità dell'immagine dell'obiettivo può essere descritta quantitativamente dalla sua funzione di trasferimento della modulazione. L'MTF è definito dalla capacità dell'obiettivo di riprodurre linee (griglie) con spaziature diverse (frequenza filo-spazio/mm). Più coppie/mm di fili si distinguono, migliore è la risoluzione dell'obiettivo. Il grafico MTF per ogni frequenza spaziale mostra la perdita di contrasto causata dalla lente (Figura 1). Strutture di grandi dimensioni come linee distanziatrici ruvide vengono solitamente trasferite con un contrasto relativamente buono. Strutture più piccole, come linee sottili, vengono trasmesse con basso contrasto. La quantità di attenuazione di una data frequenza o dettaglio è classificata da MTF, che indica l'efficienza di trasmissione dell'obiettivo. Per ogni obiettivo, c'è un punto di modulazione pari a zero. Questo limite è spesso indicato come limite di risoluzione, tipicamente indicato in lp/mm di coppie di linee per millimetro, o nei riferimenti della dimensione della linea più piccola (in sm) per alcuni obiettivi macro, che è equivalente alla dimensione minima dei pixel richiesta per il lente. Adeguata. Il movimento dell'MTF dal bordo assiale centrale dell'obiettivo si deteriora, il che è una considerazione importante se l'intera immagine richiede una risoluzione simmetrica. Poiché, come lo scattering, anche l'MTF può variare a seconda della direzione della linea in un punto dell'obiettivo ed è anche una funzione dell'impostazione dell'apertura durante la misurazione, quindi è necessario prestare attenzione quando si confrontano le prestazioni dell'obiettivo.

Suggerimento: l'aumento della risoluzione del sensore mantenendo le dimensioni del sensore per ridurre i costi richiede obiettivi con MTF più elevati per distinguere questi pixel più piccoli. I costi di sistema dovrebbero sempre essere considerati, poiché dimensioni di pixel più piccole a un costo inferiore richiedono obiettivi a risoluzione più elevata.

(2) Distorsione dell'obiettivo

Oltre ai cambiamenti di risoluzione, tutti gli obiettivi saranno anche soggetti a determinate distorsioni spaziali. La Figura 2 mostra come allungare o comprimere l'immagine in modo non lineare, rendendo molto difficile la misurazione accurata dell'intero sensore. Sebbene esistano alcuni metodi software in grado di risolvere questo problema, non possono considerare la profondità fisica dell'oggetto, quindi è meglio scegliere un obiettivo a bassa distorsione di buona qualità invece di cercare di correggere questi errori nel software. Come regola generale, un obiettivo con una lunghezza focale più corta avrà una distorsione maggiore rispetto a un obiettivo con una lunghezza focale maggiore perché la luce colpisce il sensore da un angolo maggiore. L'utilizzo di design di obiettivi più complessi può mantenere una bassa distorsione e molti produttori di obiettivi hanno lavorato duramente sui loro design ottici per consentire loro di ridurre la distorsione spaziale all'ordine di 0.

Suggerimento: per ridurre al minimo la distorsione al minor costo, una distanza di lavoro maggiore fornirà i migliori risultati.

3)Uniformità di illuminazione

Tutte le immagini dall'obiettivo presentano vignettatura, ovvero l'intensità della luce dal centro al bordo dell'immagine è ridotta, il che può influire sull'applicabilità dell'obiettivo. L'ombreggiatura dell'obiettivo è l'ombreggiatura del bordo dell'immagine dovuta al blocco meccanico del raggio (solitamente bloccato dal supporto dell'obiettivo). Ciò si verifica principalmente quando il cerchio dell'immagine (o formato) dell'obiettivo è troppo piccolo per le dimensioni del sensore. Tutti gli obiettivi sono interessati dalla "vignettatura Cos4", questo perché la luce deve percorrere una distanza maggiore per raggiungere il bordo dell'immagine e raggiungere il sensore con un angolo ridotto. Quando l'angolo focalizza la luce sulla parte non sensibile del sensore, c'è una lente con una microlente su ciascun pixel. Può anche essere minimizzato se l'obiettivo viene fermato da due fs. Migliorando l'uniformità dell'illuminazione attraverso il sensore,

4）impatto ambientale

Molti sistemi di visione vengono implementati in ambienti di produzione, il che significa che sono esposti a una varietà di influenze ambientali, da sporcizia, umidità e temperatura a effetti meccanici ed elettromagnetici. Sono disponibili molte coperture protettive per impedire l'intrusione di polvere e umidità. La stabilità meccanica del gruppo obiettivo è essenziale per evitare sfocature e garantire misurazioni affidabili e ripetibili. La maggior parte degli obiettivi utilizzati nelle applicazioni di visione artificiale sono realizzati con alloggiamenti in metallo e meccanismi di messa a fuoco per garantire la stabilità dell'obiettivo. Molte lenti forniscono anche resistenza agli urti e alle vibrazioni, rendendole adatte agli ambienti più difficili. I produttori di obiettivi hanno proposto una serie di design, alcuni dei quali sono stati brevettati per limitare lo spostamento dell'immagine causato dal movimento del vetro dell'obiettivo dovuto a vibrazioni e urti. Questi includono l'uso di viti di bloccaggio per impedire il movimento della messa a fuoco e dell'apertura, anche il movimento di un'apertura fissa, e l'incollaggio di tutti gli elementi nel corpo dell'obiettivo.

5) Interfaccia obiettivo

Il fissaggio dell'obiettivo alla fotocamera si ottiene utilizzando diverse interfacce obiettivo standard. Il più comunemente utilizzato nelle applicazioni di visione artificiale è l'attacco C, che può beneficiare di una varietà di obiettivi e accessori, inclusa la capacità di fornire apertura e messa a fuoco controllate dal computer. L'attacco CS non è comunemente usato ed è fondamentalmente lo stesso dell'attacco C, ma la lunghezza focale della flangia è ridotta di 5 mm. I sistemi di innesto dell'obiettivo più piccoli (come l'attacco S) vengono solitamente utilizzati per fotocamere a livello di scheda e fotocamere in miniatura. Queste lenti consentono solo regolazioni minime. Per i sensori di grande formato e le applicazioni di scansione lineare, è possibile utilizzare sistemi con attacco F più grandi, sebbene siano sempre più utilizzati attacchi M42 più potenti (a volte chiamati attacchi a T). Ma l'obiettivo di grande formato non supporta la possibilità di controllare automaticamente l'apertura e la messa a fuoco. I teleobiettivi sono utilizzati anche nella visione artificiale, con la lunghezza focale più lunga fino a 600 mm. Questi obiettivi di grande formato sono sviluppati principalmente per i fotografi professionisti. Includono anche aperture e zoom motorizzati e richiedono attacchi per obiettivi EF speciali. Attualmente, sempre più telecamere per la visione artificiale sono prodotte con funzioni di montaggio EF e obiettivi EF e le loro nuove funzioni ottiche vengono fornite al più ampio mercato della visione artificiale attraverso il recente accordo di distribuzione diretta.

6）Come selezionare un obiettivo

Con così tante opzioni di obiettivi per la visione artificiale, scegliere l'obiettivo migliore per una particolare applicazione non è facile. Quindi è importante pensare al sistema nel suo insieme. Ad esempio, molte moderne fotocamere megapixel utilizzano sensori di dimensioni ridotte per ridurre i costi, ma le dimensioni ridotte dei pixel risultanti richiedono una qualità superiore e quindi ottiche più costose. Per alcune applicazioni, la scelta di una fotocamera più costosa, con più pixel e con requisiti ottici inferiori può essere vantaggiosa, riducendo il costo dell'intero sistema. Lavorare con fornitori di tecnologia di visione esperti può mitigare i rischi in queste decisioni.

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