Was sind telezentrische Linsen?

Telezentrisches Objektiv für die maschinelle Bildverarbeitung

Ein telezentrisches Objektiv bezieht sich hauptsächlich auf ein spezielles Objektiv, das entwickelt wurde, um die Parallaxe von industriellen Objektiven zu korrigieren.

Bei der Verwendung eines industriellen Objektives ist das zu messende Objekt in der Regel nah, wodurch das Bild weit entfernt wirkt. Dies kann zu Problemen wie Änderungen der Vergrößerung, Objektivverzerrung, niedriger Auflösung und unscharfen Kanten führen. Dies geschieht, weil sich das Objekt oft nicht in der Messebene befindet.

Um diese Probleme zu lösen, entwickelten Ingenieure der maschinellen Bildverarbeitung das telezentrische Objektiv. Dieses Objektiv bietet klare Vorteile für präzise Messungen und Metrologie.

In welchen Anwendungen sollte ein telezentrisches Objektiv verwendet werden?

Telezentrische Objektive eignen sich am besten zur Inspektion von Objekten in 6 Situationen aufgrund ihrer einzigartigen Vorteile und Eigenschaften.

• Wenn Sie dicke Objekte (Dicke>1/10 des FOV-Durchmessers) erkennen müssen;
• Wenn Sie Objekte erkennen müssen, die sich nicht in derselben Ebene befinden;
• Wenn unklar ist, wie weit das Objekt vom Objektiv entfernt ist;
• Wenn Sie dreidimensionale Objekte mit Öffnungen erkennen müssen;
• Wenn geringe Verzerrung und nahezu vollständig konsistente Bildhelligkeit erforderlich sind;
• Wenn Defekte nur unter paralleler Beleuchtung in derselben Richtung erkannt werden können.

Telezentrisches Objektiv VS Normales Objektiv

Integratoren der maschinellen Bildverarbeitung wissen, dass gute Optik für eine bessere Systemleistung wichtig ist. Telezentrische Objektive sind für genaue Größenmessungen in Bildanwendungen erforderlich. Softwareingenieure benötigen klare Bilder mit minimaler Verzerrung, um mechanische Teile genau zu messen. Integratoren der maschinellen Bildverarbeitung verstehen die Bedeutung der Verwendung guter Optik für eine optimale Systemleistung.

Telezentrische Objektive sind für präzise Größenmessungen in Bildanwendungen unerlässlich. Klare Bilder mit minimaler Verzerrung sind für Softwareingenieure entscheidend, um mechanische Teile genau zu messen. Eine korrekte Platzierung sollte perspektivische Effekte minimieren, die zu Änderungen der Vergrößerung bei dreidimensionalen Objekten führen können.

• Änderungen der Vergrößerung aufgrund von Objektverschiebung
• Bildverzerrung
• Perspektivischer Fehler
• Geringe Bildauflösung

Unsicherheit der Objektkantenposition aufgrund der Geometrie der Lichtquelle

Telezentrische Objektive können die meisten der oben genannten Probleme reduzieren oder sogar eliminieren, was sie zu einem Schlüsselkomponente bei der Entwicklung hochpräziser Messanwendungen macht.

Vorteile—Begrenzter perspektivischer Fehler

Bei der Verwendung eines telezentrischen Objektives bleibt die Größe des Objekts im Bild unabhängig von seinem Abstand zum Objektiv konstant. Bei der Aufnahme von industriellen Teilen können Standardobjektive perspektivische Fehler aufweisen. Telezentrische Objektive können diese Effekte hingegen eliminieren.

Bei der Verwendung eines telezentrischen Objektives bleibt die Objektgröße im Bild unabhängig von ihrem Abstand zum Objektiv konstant. Bei der Fotografie industrieller Teile mit Standard- und telezentrischen Objektiven können Standardobjektive perspektivische Fehler aufweisen. Telezentrische Objektive können diese Effekte hingegen eliminieren.

Bei der Abbildung eines dreidimensionalen Objekts (kein perfekt flaches Objekt) mit normaler Optik erscheinen entfernte Objekte kleiner als nahe Objekte. So erscheinen bei der Abbildung einer zylindrischen Kavität die oberen und unteren Kronenkanten als zwei konzentrische Kreise, obwohl sie tatsächlich identisch sind.

Im Gegensatz dazu überlappen die beiden Kronenkanten bei der Verwendung eines telezentrischen Objektives vollständig, und die untere Kronenkante ist vollständig verdeckt.

Vorteile—Hohe Auflösung

Telezentrische Objektive haben eine hohe Auflösung über das gesamte Sichtfeld. Dies macht sie für Anwendungen geeignet, die eine hohe Auflösung erfordern, wie Mikroskopie, Metrologie und maschinelle Bildverarbeitung.

PS: Die linke Seite verwendet ein normales optisches Objektiv, und die rechte Seite verwendet ein telezentrisches Objektiv.

Vorteile - Geringe Verzerrung

Verzerrung ist eines der schwerwiegendsten Probleme, die die Messgenauigkeit einschränken. Regelmäßige optische Geräte können Verzerrungswerte aufweisen, die von wenigen Prozent bis zu mehreren Zehntel Prozent reichen. Dies macht genaue Messungen schwierig. Das Problem wird bei nicht-telezentrischen Objektiven schwerwiegender.

Das Problem verschlechtert sich bei nicht-telezentrischen Objektiven. Hochwertige telezentrische Objektive haben in der Regel eine sehr geringe Verzerrung, mit Werten innerhalb von 0,1 %; obwohl dieser Wert sehr klein erscheint, wird der daraus resultierende Messfehler in einer hochauflösenden Kamera nahe der Größe eines Pixels liegen.

       (links ist "Kissen"-artige Verzerrung, rechts ist "Fass"-artige Verzerrung)

(Das linke Bild wurde mit einem telezentrischen Objektiv aufgenommen und zeigt keine Verzerrung irgendeiner Form. Das rechte Bild wurde mit einem normalen Objektiv aufgenommen und zeigt starke radiale Verzerrung.)

Vorteile—Keine Unsicherheit der Kantenposition

Bei der Aufnahme eines Objekts gegen das Licht ist es oft schwierig, die genaue Position seiner Kante zu bestimmen. Dies liegt daran, dass helle Pixel an der Kante des Objekts auf einem dunklen Hintergrund dazu neigen, mit dunklen Pixeln zu überlappen. Außerdem werden bei Objekten mit einer stark dreidimensionalen Form die Messgenauigkeit durch Randeffekte weiter eingeschränkt.

   
                      (Abb. 1) (Abb. 2)

(Abb. 1) Im vom Objektiv aufgenommenen Bild ist die Innenwand des Zahnradslochs sichtbar, das gesamte Zahnrad ist entlang der Mitte konvex, die Daten der Öffnung und der Außenkante sind nicht real, es ist schwierig, die Kante zu lesen, und es ist eine sehr komplexe algorithmische Korrektur erforderlich.

(Abb. 2) Wenn das Zahnrad mit einem telezentrischen Objektiv fotografiert wird, sind die Innenkante des Zahnradslochs und die Außenkante des Zahnrads klar umrissen, die Öffnungsdaten sind real, es ist keine sichtbare Innenwand des Lochs und die Außenwand ist verzerrt, und es ist keine Bildkorrektur erforderlich.

(Abb. 3) Aufgrund von visuellen Fehlern und ungenauem Fokussieren ist bei der Aufnahme mit einem gewöhnlichen Objektiv die Innenwand sichtbar, die Kantenextraktion ist nicht klar, und es gibt einen Schatten bei der Aufnahme des Belüftungslochs der Kunststoffform (rot markiert), was die Erkennung beeinträchtigt.

(Abb. 4) Aufnahme mit einem telezentrischen Objektiv. Da das telezentrische Objektiv die telezentrischen Eigenschaften des parallelen Lichts aufweist, gibt es keinen visuellen Fehler. Daher ist bei der Aufnahme des Belüftungslochs der Kunststoffform (rot markiert) die Innenkante klar und die Daten sind genau. Bei der Aufnahme des runden Lochs (grün) ist die Lochkante klar, und es ist leicht, Grate und die Größe der Öffnung zu erkennen.

Telezentrische Objektive mit verschiedenen Strukturen und optischen Designs
Es gibt verschiedene Arten von telezentrischen Objektiven. Diese Arten basieren auf ihrer Anwendung und ihrem Design. Die Arten umfassen Objektiven im Objektraum, im Bildraum und bi-telezentrische Objektive.

Diese drei Objektive weisen deutliche Unterschiede im Design und in der Anwendung auf, und die Wahl des Objektives hängt von spezifischen Bedürfnissen ab, einschließlich Messgenauigkeit, Bildqualität und Anwendungsszenarien. Objektive im Objektraum haben telezentrische Eigenschaften am Objektende.

Objektive im Bildraum haben sie am Abbildungsende. Bi-telezentrische Objektive haben telezentrische Eigenschaften an beiden Enden für höhere Genauigkeit und Konsistenz. Bi-telezentrische Objektive haben telezentrische Eigenschaften an beiden Enden für höhere Genauigkeit und Konsistenz.

Telezentrisches Objektiv im Objektraum

Weit verbreitet in Mess-, Inspektions- und industriellen Vision-Systemen, insbesondere in Situationen, in denen Größe und Form von Objekten genau gemessen werden müssen. Vision Datum bietet kompakte telezentrische Objektive, die für AOI (Automatische optische Inspektion) Anwendungen geeignet sind.

Telezentrische Abbildung im Objektraum, wobei die Blende in der hinteren Brennebene des Objektivs liegt. Die Eintrittspupille befindet sich im Unendlichen, und der Hauptstrahl vor dem Objektiv ist parallel zur optischen Achse. Innerhalb eines angemessenen Bewegungsbereichs ist die Vergrößerung des Objekts unabhängig vom Objektabstand, und die Bildhöhe ändert sich nicht, selbst wenn sich der Objektabstand ändert.

Telezentrisches Objektiv auf der Objektseite

 

Telezentrische Abbildung im Bildraum, wobei die Blende in der vorderen Brennebene des Objektivs liegt. Die Austrittspupille befindet sich im Unendlichen und der Hauptstrahl nach dem Objektiv ist parallel zur optischen Achse. (Wenn Sie dieses Strukturtyp telezentrisches Objektiv benötigen, kontaktieren Sie uns bitte)

Bi-telezentrisches Objektiv

Das bi-telezentrische Objektiv kombiniert die Vorteile der Telezentrität im Objektraum und der Telezentrität im Bildraum. Innerhalb der Schärfentiefe beeinflusst der Abstand des Objekts oder der Abstand der Kamera die Vergrößerung des Abbildungssystems nicht.
Anwendung: Geeignet für Situationen, in denen es notwendig ist, die Telezentritätsprobleme des Objektraums und des Bildraums gleichzeitig zu lösen, wie im Bereich der Präzisionsmessung.

Vision Datum Bi-telezentrisches Objektiv

• Die Schärfentiefe ist größer als bei Objekt-/Bildtelezentrität, was bedeutet, dass das bi-telezentrische Objektiv bei gleichem Arbeitsabstand einen größeren Bereich von Objekten beobachten kann, was für Situationen geeignet ist, in denen die Höhenunterschiede der zu beobachtenden Objekte groß sind
• Höhere Telezentrität kann genauere Messergebnisse liefern
• Hohe Auflösung: Selbst mit kleinen Pixel-Bildsensoren können bi-telezentrische Objektive hochauflösende Bilder erzeugen, was für Anwendungsszenarien, die hochauflösende Bilder erfordern, sehr vorteilhaft ist
• Unterstützt Kameras mit großem Bildbereich und kann mit unseren hochauflösenden Kameras und Zeilenkameras verwendet werden
• Genauere und konsistentere Vergrößerung: Bi-telezentrische Objektive können genauere und konsistentere Vergrößerungen bereitstellen, was ein wichtiger Vorteil für Anwendungen ist, die präzise Messungen erfordern
• Kann für Anwendungen mit großem Sichtfeld verwendet werden
• Bi-telezentrische Objektive sind teuer, daher können sich nicht viele Menschen telezentrische Objektive leisten
• Je kleiner die Vergrößerung, desto größer die Größe und desto schwerer ist es

Beste Wahl-Telezentrisches Objektiv angepasst an die Lichtquelle

Telezentrische Objektive funktionieren am besten mit einer parallelen Lichtquelle. Sie filtern das meiste diffuse Licht heraus, daher können Bilder bei natürlichem Licht dunkler erscheinen. Die Verwendung einer parallelen Lichtquelle mit telezentrischen Objektiven kann die Klarheit und Stabilität der Objektkanten verbessern. Es kann auch helfen, Rauschen während der Erkennung zu reduzieren.

Anpassbarer Lichtquellentyp
Telezentrische parallele Lichtquelle: Da die LED im Fokus der konvexen Linse platziert ist, ist das emittierte Licht parallel und für die Verwendung mit telezentrischen Objektiven geeignet, wie die Punktlichtquelle und die telezentrische Lichtquelle.

Parallele Flächenlichtquelle: Eine Schicht aus Lichtsteuerfolie wird auf die Oberfläche des Diffusers der gewöhnlichen Flächenlichtquelle aufgebracht, um die Parallelität der Lichtquelle zu verbessern. Es ist für Szenen geeignet, die einen größeren Beleuchtungsbereich erfordern, wie Hintergrundbeleuchtung.

FOLG UNS👍👍

Viel Spaß!!

Unterstütze uns

Erhalte weitere Produkte

► Website :

https://www.visiondatum.com/en/

► Shop Website :

https://shop.visiondatum.com/

► E-Mail: sales01@visiondatum.com