Óptica de visión artificial: Gráficos y curvas MTF

En la Parte 1 y la Parte 2 de esta serie de blogs sobre óptica de visión artificial, cubrimos una serie de parámetros que contribuyen a la calidad general de la imagen.

En el blog de esta semana, continuaremos con la óptica de visión artificial, explorando la teoría óptica y proporcionándole las herramientas para elegir la lente adecuada para su sistema de visión artificial.

MTF: Datos ópticos relevantes

Al elegir una cámara, el estándar EMVA 1288 es un conjunto útil de parámetros para ayudar a determinar la cámara adecuada para su aplicación. Aunque no existe un estándar similar para los objetivos, existen opciones al evaluar el rendimiento potencial de un objetivo de visión artificial determinado.

La Función de Transferencia de Modulación, o MTF, es un cálculo del rendimiento óptico potencial de una lente. Las tablas MTF pueden dar a los OEM y a los usuarios finales una mejor comprensión del tipo de calidad óptica que se puede esperar de varias lentes, y son referencias increíblemente vitales al estudiar, comparar y tomar una decisión sobre una lente.

La Función de Transferencia Modular combina la respuesta de frecuencia espacial de un sistema de imágenes o un componente, y la mide junto con el contraste para proporcionar datos que representan la calidad de la imagen a una frecuencia espacial determinada.

¿Qué afecta a la MTF?

Los tres factores más importantes que afectan a la MTF del sistema son la lente, la cámara y la iluminación. La lente tendrá el mayor impacto en el aprovechamiento del sensor de su cámara (y viceversa), y mantener un entorno de imagen bien iluminado garantizará los mejores resultados ópticos. Es importante asegurarse de elegir piezas de alta calidad para estos tres componentes principales del sistema, ya que cuanto mayor sea el estándar de los materiales y la fabricación de su lente, cámara e iluminación, mejor será el rendimiento óptico potencial y la calidad de la imagen. Aunque los cables, los digitalizadores, los filtros ópticos y cualquier otro componente de su sistema de visión artificial tendrán un efecto marginal en la MTF del sistema, sigue siendo importante asegurarse de que sean piezas de alta calidad para contribuir a la durabilidad general del sistema y a la preparación para el futuro.

Los parámetros ópticos como la distancia de trabajo (WD), así como la longitud de onda, F# y las aberraciones, influyen en la MTF, por lo que es importante ser lo más detallado posible y mantener el control de estos factores.

¿Qué es MTF?

Entonces, ¿qué es la Función de Transferencia Modular?

La Función de Transferencia Modular puede considerarse como la respuesta a un patrón periódico de onda sinusoidal alterna. Fundamentalmente, es una forma de medir la calidad de la transmisión de la luz a través de la lente. Si la lente es más repetible, la transferencia de luz es mejor y se pueden ver más fácilmente las áreas de contraste más pequeñas.

Los patrones de radios de Siemen’s Star se utilizan con frecuencia para probar la calidad de imagen de lentes, sensores, impresoras y pantallas.

Un claro ejemplo de esto se encuentra en las imágenes anteriores. La estrella de Siemen en "A", "B" y "C" consiste en radios claros y oscuros que disminuyen de tamaño a medida que se acercan al centro de la imagen. Hay mucho más detalle presente en "A" que en "B" y "C", porque la lente utilizada para capturar "A" es capaz de resolver un área más pequeña.

En "A", el contraste es mucho mejor incluso en las áreas de detalle más pequeñas. Con frecuencia, la MTF se especifica en pares de líneas por milímetro (lp/mm); esta es la frecuencia de las áreas contrastantes más pequeñas resolubles, por ejemplo, líneas blancas y negras, en el espacio de un milímetro.

Un valor más alto de lp/mm equivaldrá a un mayor nivel de detalle, contraste y nitidez resueltos por la lente. Cuanto mayor sea este valor, mayor será la calidad de la lente.

Debido a la física de cómo se transmite la luz a través de una lente, la MTF será diferente en el centro en comparación con las áreas exteriores de la lente. La naturaleza física de una lente significa que la luz debe ser distorsionada al pasar a través de ella para generar la imagen requerida.

Es por ello que muchos fabricantes de lentes tienden a proporcionar una tabla (como la anterior) que muestra la MTF en diferentes puntos de la lente en comparación con el centro.

Como puede ver en el gráfico anterior, el eje Y está etiquetado como módulo de la OTF, que es esencialmente una medida de contraste (%). El eje X está etiquetado como frecuencia espacial, que, en esencia, es lo mismo que lp/mm.

Lo que cada línea del gráfico representa es la tasa de caída del contraste a medida que aumenta la frecuencia espacial. Esta degradación de la calidad de la imagen es muy común; ninguna lente es perfecta. Cuantos más elementos incorpore la lente en su montaje, más etapas potenciales habrá para que el contraste se deprecie a medida que aumenta la frecuencia espacial. Por ejemplo, una lente de zoom típicamente tendrá más elementos que una lente con una distancia focal fija, y por lo tanto, es muy probable que tenga un peor rendimiento en una tabla MTF en comparación (dado que la especificación de la lente sigue siendo la misma para ambas).

Dado que la MTF tiende a variar en diferentes puntos a lo largo de la curvatura de la lente, múltiples gráficos que reflejan la calidad de la imagen a varias distancias del centro de la lente pueden ser extremadamente útiles, especialmente cuando se trata de grandes campos de visión.

Para demostrar esto, aquí está la imagen 'A' de antes, tomada con una lente que muestra una fuerte disminución en la calidad de la imagen a medida que te alejas del centro de la lente. Esta es una forma de distorsión conocida como Curvatura de Campo, pero hablaremos más sobre eso la próxima semana.

Ayudándole a tomar la decisión correcta en visión artificial

Estén atentos a esta serie de blogs, ya que seguiremos destacando la óptica, explorando las aberraciones, el barrilado, la distorsión y una guía definitiva para elegir el objetivo adecuado.

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