Óptica de visión artificial: cómo elegir la lente adecuada para su aplicación
En la primera y segunda parte de esta serie de blogs sobre óptica de visión artificial, cubrimos una serie de parámetros que contribuyen a la calidad general de la imagen. También echamos un vistazo fundamental a los diagramas MTF y cómo funcionan, y cubrimos las aberraciones y la distorsión en las lentes de visión artificial.
En el blog de esta semana pondremos todo lo que hemos considerado hasta ahora en el proceso de toma de decisiones, equipándole con las herramientas y los conocimientos para decidir con confianza qué lente necesitará para su aplicación de visión artificial.
La siguiente guía funcionará sobre la base de que usted ha decidido, o ya ha comprado, su cámara y los componentes de iluminación.
Computar ofrece una amplia gama de lentes de visión artificial de alta calidad, disponibles en una variedad de distancias focales y resoluciones.
¿Qué hace que una lente sea perfecta?
Hay varias variables que diferencian las lentes, y usted tendrá que tomar decisiones sobre todas ellas para su sistema de visión. Las dos más fundamentales de estas variables son la distancia focal y la apertura máxima.
La distancia focal determinará la magnificación de la imagen proyectada en el plano de la imagen, y la apertura determinará la cantidad de luz que pasa al sensor.
La distancia focal también determinará el ángulo de visión: las distancias focales cortas permiten campos de visión más amplios, y las distancias focales más largas permiten un campo de visión más estrecho.
En última instancia, la relación entre la distancia focal de una lente y el tamaño del sensor determinará el ángulo de visión de su sistema de visión. Para una lente determinada, cuanto mayor sea el tamaño del sensor de la cámara, mayor será el campo de visión.
Para un tamaño de sensor determinado, habrá lentes normales, gran angular y de enfoque largo (como las teleobjetivo). Una vez que conozca el tamaño de su sensor y el ángulo de visión requerido, podrá utilizar esa información para calcular la distancia focal de su lente ideal.
La apertura de su lente —las aperturas más amplias tienen un número f más pequeño que las más estrechas— tendrá también una relación con la velocidad de obturación de su cámara. Cuanto más rápida sea la velocidad de obturación, menor será el tiempo de exposición, por lo que necesitará un número f más bajo (apertura más amplia) para capturar una buena imagen.
¿Cuál es mi aplicación de visión artificial?
Hay varias preguntas que deberá responder antes de saber qué lente seleccionar. Sea cual sea su sector, ya sea automoción, industrial, embalaje o producción de alimentos y bebidas, deberá aplicar las siguientes preguntas a su aplicación prevista:
¿Cuál es su campo de visión (FoV) en milímetros (mm)?
¿Cuál es su distancia de trabajo (WD) en milímetros (mm)?
¿Cuál es el tamaño del sensor de su cámara en milímetros (mm)?
¿Qué longitudes de onda espera en nanómetros (nm)?
¿Qué tamaño de píxel emplea su sensor en micrómetros (μm)?
Estos son los puntos iniciales que necesita conocer para calcular el tipo de lente que necesitará. El éxito o el fracaso de su proyecto pueden depender de la exactitud de estos elementos clave, así que asegúrese de prepararse rigurosamente: se verá recompensado cuando su lente le proporcione imágenes nítidas y de alta resolución.
Tamaño del sensor
El formato y la resolución del sensor son elementos fundamentales para calcular su lente ideal. A menudo medidos en pulgadas en diagonal, estos formatos de sensor requerirán diferentes lentes para iluminarlos de forma óptima.
Formatos de sensor comunes para cámaras de visión artificial
¿Qué distancia focal necesito?
Para calcular la distancia focal de su lente ideal, necesitará conocer la distancia de trabajo, el campo de visión y el tamaño del sensor. Luego puede introducir estas cifras en la siguiente fórmula:
¡Mi distancia focal ideal no existe!
De forma crucial, este cálculo puede darle un número que no coincida con una opción de distancia focal existente.
Por ejemplo, digamos que tiene una distancia de trabajo de 300 mm, el tamaño de su objeto es de 100 mm de ancho por 75 mm de alto, y el tamaño de su sensor es de 2/3".
Distancia de trabajo 300 mm, ancho del objeto 100 mm, alto del objeto 75 mm, tamaño del sensor 2/3”.
Al introducir estos números en nuestra fórmula, obtenemos una distancia focal ideal de 26,4 mm.
Después de investigar esto, lo más probable es que no encuentre una lente con una distancia focal de 26,4 mm. Suelen estar disponibles en estándares comunes, con alguna variación según el fabricante. VST ofrece lentes con distancias focales de 3,5 mm, 4,5 mm, 6 mm, 8 mm, 12 mm, 16 mm, 25 mm, 35 mm, 50 mm, 75 mm y 100 mm. La mayoría de los fabricantes se ajustarán aproximadamente a estos incrementos, y dado que 25 mm es la opción más cercana a nuestro ejemplo anterior, esta es probablemente la mejor opción de distancia focal en este escenario.
Tamaño de píxel para lentes de visión artificial
La mayoría de las lentes ofrecen un tamaño de píxel óptimo y un ancho de banda de longitud de onda para trabajar. Normalmente, las lentes funcionan dentro del espectro de luz visible, a menos que se especifique como infrarrojo cercano (NIR) o infrarrojo de onda corta (SWIR).
Es de suma importancia que la resolución de su lente tenga sentido para el nivel de detalle requerido para su aplicación. También es igualmente importante utilizar un sensor con una resolución y un tamaño de píxel adecuados para resolver el detalle requerido en su aplicación.
Recomendamos encarecidamente echar un vistazo a los gráficos MTF de las lentes que esté considerando, ya que esta es la mejor manera de averiguar si le proporcionarán el nivel de contraste y detalle que necesita. Si no está seguro de los gráficos MTF, asegúrese de consultar nuestra publicación del blog que explica cómo funcionan.
Lentes VST graficadas por tamaño de sensor y tamaño de píxel.
Nuestra gama de lentes se adapta a un amplio espectro de aplicaciones, y también ofrecemos una amplia variedad de filtros ópticos de alta calidad para que pueda personalizar su elección de componentes ópticos para que coincidan con las especificaciones particulares de su sistema de visión.
Tipos de montura de lente explicados
Los tres tipos más comunes de monturas de lentes roscadas son montura C, montura S y montura CS.
Lentes de montura C
El tipo de montura de lente más común en visión artificial. Con un diámetro interior de 25,4 mm, un paso de rosca de 0,794 mm y una distancia focal de brida de 17,526 mm, se benefician de la selección más amplia de accesorios y compatibilidad.
La lente de montura C M118 de Tamron
Montura CS
Un tipo de montura de lente ligeramente menos común, pero que todavía se usa con bastante frecuencia en visión artificial. La principal diferencia aquí es la distancia focal de brida más corta, por lo que es posible que necesite un adaptador si usa una cámara adecuada para lentes de montura C. Las medidas son las siguientes: diámetro interior 25,4 mm, paso de rosca 0,794 mm y distancia focal de brida 12,5 mm.
Montura S
Este es un tipo de montura de lente más raro, adecuado para configuraciones de lentes muy pequeñas y a menudo utilizado en conjunto con cámaras compactas para sistemas de visión de tamaño reducido, como con cámaras de nivel de placa. Son completamente incompatibles con las monturas C y CS.
Ayudándole a tomar la decisión de visión correcta
Eso concluye esta serie de blogs sobre óptica de visión artificial. La próxima semana nos embarcaremos en una nueva serie de blogs sobre Deep Learning para visión artificial, ¡así que no olvide suscribirse si aún no lo ha hecho!
Ya sea usted un OEM, un integrador de sistemas, un ingeniero o incluso un usuario final, asegúrese de consultar nuestra excelente gama de productos de visión artificial para encontrar los mejores componentes de visión artificial del mercado.