Hay muchas características importantes en el diseño de la lente, incluida la resolución de la lente, la distorsión de la lente y la uniformidad de la iluminación, que afectan directamente el rendimiento del sistema de visión artificial.

Las cámaras, las lentes y la iluminación que se utilizan en los sistemas de visión artificial contribuyen de manera importante a la calidad general de la imagen. El rápido desarrollo de la tecnología de sensores de imagen CMOS en los últimos años ha planteado grandes desafíos a los fabricantes de lentes. Una resolución de sensor cada vez más alta significa que muchos sensores ahora tienen píxeles más pequeños y requieren lentes de mayor resolución. Por otro lado, un sensor de alta resolución que mantiene un tamaño de píxel más grande para una mayor sensibilidad generalmente usa un formato más grande y, por lo tanto, requiere una lente de alta resolución de formato más grande. Además, muchas aplicaciones que requieren lentes de distancia focal muy larga, como vigilancia, deportes, fotografía aérea y fotografía en instalaciones de parques temáticos, se incluyen cada vez más en la categoría de visión artificial y deben abordarse.

（1）Obtenga información sobre el rendimiento de la lente: la función de transferencia de modulación (MTF)

La lente ideal produce una imagen que coincide perfectamente con un objeto, incluidos todos sus detalles y cambios de brillo. En la práctica, esto no es del todo posible, ya que la lente actúa como un filtro de paso bajo. Teniendo en cuenta todas las aireaciones, la calidad de imagen de la lente se puede describir cuantitativamente por su función de transferencia de modulación. MTF se define por la capacidad de la lente para reproducir líneas (cuadrículas) con diferentes espacios (frecuencia de cable a espacio/mm). Cuantos más pares/mm de hilos se puedan distinguir, mejor será la resolución de la lente. El gráfico MTF para cada frecuencia espacial muestra la pérdida de contraste causada por la lente (Figura 1). Las estructuras grandes, como las líneas espaciadoras rugosas, generalmente se transfieren con un contraste relativamente bueno. Las estructuras más pequeñas, como líneas poco espaciadas, se transmiten con bajo contraste. La cantidad de atenuación de cualquier frecuencia o detalle dado se clasifica por MTF, que indica la eficiencia de transmisión de la lente. Para cualquier lente, hay un punto de modulación de cero. Este límite a menudo se denomina límite de resolución, normalmente expresado en lp/mm de pares de líneas por milímetro, o en referencias al tamaño de línea más pequeño (en sm) para algunos lentes macro, que es equivalente al tamaño mínimo de píxel requerido para la lente. Adecuado. El movimiento de MTF desde el borde axial central de la lente se deteriora, lo cual es una consideración importante si toda la imagen requiere una resolución simétrica. Porque al igual que la dispersión, MTF también puede variar según la dirección de la línea en un punto de la lente y también es una función de la configuración de apertura al medir, por lo que se debe tener cuidado al comparar el rendimiento de la lente.

Sugerencia: aumentar la resolución del sensor y mantener el tamaño del sensor para reducir costos requiere lentes con MTF más altos para distinguir estos píxeles más pequeños. Siempre se deben considerar los costos del sistema, ya que los tamaños de píxeles más pequeños a un costo más bajo requieren lentes de mayor resolución.

(2) Distorsión de la lente

Además de los cambios en la resolución, todas las lentes también estarán sujetas a ciertas distorsiones espaciales. La figura 2 muestra cómo estirar o comprimir la imagen de forma no lineal, lo que dificulta mucho la medición precisa de todo el sensor. Aunque existen algunos métodos de software que pueden resolver este problema, no pueden considerar la profundidad física del objeto, por lo que es mejor elegir una lente de buena calidad y baja distorsión en lugar de intentar corregir estos errores en el software. Como regla general, una lente con una distancia focal más corta tendrá más distorsión que una lente con una distancia focal más larga porque la luz incide en el sensor desde un ángulo mayor. El uso de diseños de lentes más complejos puede mantener una distorsión baja, y muchos fabricantes de lentes han estado trabajando arduamente en sus diseños ópticos para permitirles reducir la distorsión espacial al orden de 0.

Sugerencia: para minimizar la distorsión al menor costo, una distancia de trabajo más larga brindará los mejores resultados.

3) uniformidad de iluminación

Todas las imágenes de la lente tienen viñetas, es decir, se reduce la intensidad de la luz desde el centro hasta el borde de la imagen, lo que puede afectar la aplicabilidad de la lente. El sombreado de la lente es el sombreado del borde de la imagen debido al bloqueo mecánico del haz (generalmente bloqueado por el soporte de la lente). Esto ocurre principalmente cuando el círculo de imagen (o formato) de la lente es demasiado pequeño para el tamaño del sensor. Todas las lentes se ven afectadas por el "viñeteado Cos4", esto se debe a que la luz debe viajar una distancia más larga para alcanzar el borde de la imagen y llegar al sensor en un ángulo poco profundo. Cuando el ángulo enfoca la luz en la parte no sensible del sensor, hay una lente con una microlente en cada píxel. También se puede minimizar si la lente se detiene dos fs. Al mejorar la uniformidad de la iluminación en el sensor,

4）impacto ambiental

Muchos sistemas de visión se implementan en entornos de fabricación, lo que significa que están expuestos a una variedad de influencias ambientales, desde suciedad, humedad y temperatura hasta efectos mecánicos y electromagnéticos. Hay muchas cubiertas protectoras disponibles para evitar la entrada de polvo y humedad. La estabilidad mecánica del conjunto de la lente es esencial para evitar la borrosidad y garantizar mediciones confiables y repetibles. La mayoría de las lentes utilizadas en aplicaciones de visión artificial se fabrican con carcasas de metal y mecanismos de enfoque para garantizar la estabilidad de la lente. Muchas lentes también brindan resistencia a golpes y vibraciones, lo que las hace adecuadas para los entornos más hostiles. Los fabricantes de lentes han propuesto una serie de diseños, algunos de los cuales han sido patentados para limitar el desplazamiento de la imagen causado por el movimiento del cristal de la lente debido a vibraciones y golpes. Estos incluyen el uso de tornillos de bloqueo para evitar el movimiento del foco y la apertura, incluso el movimiento de una apertura fija, y la unión de todos los elementos en el cuerpo de la lente.

5）Interfaz de lente

La fijación de la lente a la cámara se logra mediante el uso de diferentes interfaces de lente estándar. El más utilizado en aplicaciones de visión artificial es la montura C, que puede beneficiarse de una variedad de lentes y accesorios, incluida la capacidad de proporcionar apertura y enfoque controlados por computadora. La montura CS no se usa comúnmente y es básicamente la misma que la montura C, pero la distancia focal de la brida se acorta en 5 mm. Los sistemas de montura de lentes más pequeños (como la montura S) generalmente se usan para cámaras de nivel de placa y cámaras en miniatura. Estas lentes solo permiten ajustes mínimos. Para sensores de gran formato y aplicaciones de escaneo lineal, se pueden usar sistemas de montura F más grandes, aunque se usan cada vez más monturas M42 más potentes (a veces llamadas monturas T). Pero la lente de gran formato no admite la capacidad de controlar automáticamente la apertura y el enfoque. Los teleobjetivos también se utilizan en la visión artificial, con la distancia focal más larga de hasta 600 mm. Estos objetivos de gran formato están desarrollados principalmente para fotógrafos profesionales. También incluyen aperturas y zooms motorizados, y requieren monturas de lentes EF especiales. Actualmente, cada vez más cámaras de visión artificial se fabrican con funciones de montaje EF y lentes EF, y sus novedosas funciones ópticas se proporcionan al mercado de visión artificial más amplio a través del reciente acuerdo de distribución directa.

6）Cómo seleccionar una lente

Con tantas opciones de lentes de visión artificial, no es fácil elegir el mejor lente para una aplicación en particular. Así que es importante pensar en el sistema como un todo. Por ejemplo, muchas cámaras modernas de megapíxeles utilizan sensores de tamaño pequeño para reducir costos, pero los tamaños de píxel pequeños resultantes requieren una óptica de mayor calidad y, por lo tanto, más costosa. Para algunas aplicaciones, puede ser beneficioso elegir una cámara que sea más costosa, tenga más píxeles y tenga requisitos ópticos más bajos, lo que reduce el costo de todo el sistema. Trabajar con proveedores expertos en tecnología de visión puede mitigar los riesgos en estas decisiones.

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