Parámetros ópticos para aplicaciones de visión artificial, Parte 2

Explicación de los lentes

En la primera parte de este blog, presentamos la óptica de la visión artificial y cubrimos algunos de los fundamentos de los lentes de visión artificial: campo de visión, distancia de trabajo (WD) y resolución del sensor. En esta segunda parte, continuaremos revisando algunos de estos parámetros ópticos, examinando cómo funcionan los lentes y guiándole en la elección de la óptica adecuada para su aplicación de visión artificial.

La calidad de la imagen depende de varias variables clave: campo de visión, distancia de trabajo, resolución, profundidad de campo, tamaño del sensor, contraste, distorsión y perspectiva.

Cada una de estas variables puede considerarse como palancas que afectan la calidad general de la imagen de su sistema de visión artificial, y cada una deberá ser ajustada, según su aplicación de visión artificial, para elegir los componentes correctos para su sistema.

¿Por qué son importantes los lentes?

Debido a la disminución del tamaño de los píxeles en las cámaras de visión artificial de alta gama actuales, cada vez es más importante elegir el lente adecuado para su sistema de visión al principio del proceso. A medida que la resolución del sensor mejora cada vez más, la resolución del lente es ahora más propensa a ser el factor limitante para la máxima resolución obtenible en los sistemas de visión artificial. Al comprender los parámetros clave involucrados, los integradores de sistemas estarán bien equipados para elegir el lente adecuado para su aplicación.

Resolución del lente

Como se mencionó en el blog anterior, la medición precisa de la capacidad de un sistema de visión artificial para reproducir detalles de objetos se denomina resolución.

 

En los diagramas anteriores, tenemos un ejemplo de un sistema de visión artificial que está siendo limitado por el lente. La cámara de visión artificial percibe un objeto con dos áreas de interés, separadas por una distancia tangible.

En el diagrama A, las áreas de interés están muy juntas. Si bien el sensor tiene una resolución lo suficientemente alta como para detectar el espacio entre estas dos áreas, el lente no es lo suficientemente nítido como para resolver esta diferencia, por lo que la imagen que llega al sensor no logra resolver el nivel de detalle requerido para esta aplicación.

En B, las áreas de interés están más separadas, por lo que esta vez el lente es capaz de resolver el detalle de la distancia entre las áreas. La conclusión clave aquí es que la aplicación A requeriría un lente más nítido para obtener resultados exitosos, mientras que este lente es adecuado para el nivel de detalle más bajo requerido en la aplicación B.

Ahora veamos las mismas aplicaciones con un lente más nítido.

Como el lente en los diagramas C y D tiene una mejor resolución, la capacidad del sistema para resolver detalles más finos ha mejorado. Al observar los píxeles en el sensor en C, podemos ver que la fina distancia entre las dos áreas de interés ahora se puede resolver, lo que proporciona resultados exitosos para esta aplicación de visión artificial.

En D, la disparidad entre los píxeles azules ha aumentado, proporcionando un mayor nivel de detalle que en B. Una vez más, vale la pena considerar si necesitará un nivel de detalle tan alto para su aplicación, ya que los lentes más nítidos tienen un costo mayor.

La conclusión de estos ejemplos es que, para aprovechar al máximo el sensor de su cámara, el lente deberá tener la misma clasificación de resolución o una mejor para obtener esa resolución para su sistema.

Contraste

El contraste en la óptica de visión artificial se refiere a la capacidad del sistema para diferenciar entre píxeles blancos y negros a una resolución dada en un sistema de visión. Para que un sistema de visión artificial funcione de manera óptima, las áreas negras del sujeto deben aparecer como negras en la imagen y las blancas como blancas.

A medida que los píxeles blancos y negros convergen hacia tonos de gris vecinos, menor será el contraste a esa frecuencia dada.

Imágenes de maquinaria: la imagen A tiene bajo contraste; la imagen B tiene alto contraste.

Como puede ver en lo anterior, la imagen de la derecha tiene una disparidad mucho mayor en la fuerza entre las líneas claras y oscuras, lo que significa un mejor contraste.

Su elección de lente, sensor e iluminación afectará y determinará el nivel de contraste obtenido por su sistema, así que piense cuidadosamente en su aplicación y en la cantidad de contraste que necesitará en su imagen.

En última instancia, como ocurre con casi todos los demás parámetros analizados hasta ahora, el nivel de contraste requerido dependerá de lo que exija su aplicación. Cuantos más detalles visualmente sutiles existan en el objeto objetivo, más contraste necesitará en su sistema para detectarlos.

Profundidad de campo (DOF)

Dentro del campo de visión de cada sistema de visión artificial, habrá un rango focal óptimo de lo que se considera que satisface un nivel aceptable de calidad de imagen.

Profundidades de campo estrechas y amplias en un entorno automotriz.

Cada lente tendrá una capacidad de profundidad de campo diferente. Algunos lentes generarán una profundidad de campo estrecha, como el primer diagrama anterior; los puntos más lejanos y más cercanos del objeto a la cámara pueden comenzar a volverse borrosos a medida que estos puntos comienzan a desviarse más del punto focal óptimo. No solo se pierde claridad en estos puntos, sino que también se deteriorarán la resolución y el contraste, lo que, por supuesto, contribuye a una mala calidad de imagen.

Otros lentes podrán generar una profundidad de campo más amplia, como en el segundo diagrama, lo que permite una mayor flexibilidad en las aplicaciones de visión artificial. Esto es particularmente útil cuando se intenta obtener imágenes de objetos con estructuras geométricas intrincadas o de objetos grandes con una profundidad considerable.

Ayudándole a tomar la decisión correcta de visión

Manténgase atento a esta serie de blogs mientras continuamos destacando la óptica, explorando las aberraciones, la distorsión, las tablas MTF y una guía definitiva para elegir el lente adecuado.

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