Was sind telezentrische Objektive?

Telezentrisches Objektiv für die industrielle Bildverarbeitung

Bei einem telezentrischen Objektiv handelt es sich im Wesentlichen um eine Speziallinse, die zur Korrektur der Parallaxe von Industrielinsen entwickelt wurde.

Bei Verwendung eines Industrieobjektivs ist das zu messende Objekt normalerweise nah, wodurch das Bild weit entfernt erscheint. Dies kann zu Problemen wie Vergrößerungsänderungen, Objektivverzerrung, geringer Auflösung und unscharfen Kanten führen. Dies liegt daran, dass sich das Objekt oft nicht in der Messebene befindet.

Um diese Probleme zu lösen, haben Bildverarbeitungsingenieure ein telezentrisches Objektiv entwickelt. Dieses Objektiv bietet klare Vorteile für präzise Messungen und Messtechnik.

Für welche Anwendung sollten telezentrische Objektive verwendet werden?

Aufgrund ihrer einzigartigen Vorteile und Eigenschaften eignen sich telezentrische Objektive am besten für die Inspektion von Objekten in sechs Situationen.

• Wenn Sie dicke Objekte erkennen müssen (Dicke > 1/10 des Sichtfelddurchmessers);
• Wenn Sie Objekte erkennen müssen, die sich nicht in derselben Ebene befinden;
• Wenn unklar ist, wie weit das Objekt von der Linse ist;
• Wenn Sie dreidimensionale Objekte mit Öffnungen erkennen müssen;
• Wenn geringe Verzerrung und nahezu vollständig gleichbleibende Bildhelligkeit erforderlich sind;
• Wenn Defekte nur bei paralleler Beleuchtung in gleicher Richtung erkennbar sind.

Telezentrisches Objektiv vs. Normalobjektiv

Integratoren von Bildverarbeitungssystemen wissen, dass eine gute Optik für eine bessere Systemleistung wichtig ist. Telezentrische Objektive sind für genaue Größenmessungen in Bildverarbeitungsanwendungen erforderlich. Softwareentwickler benötigen klare Bilder mit minimaler Verzerrung, um mechanische Teile genau zu messen. Integratoren von Bildverarbeitungssystemen wissen, wie wichtig die Verwendung einer guten Optik für eine optimale Systemleistung ist.

Telezentrische Objektive sind für präzise Größenmessungen in Bildgebungsanwendungen unerlässlich. Klare Bilder mit minimaler Verzerrung sind für Softwareentwickler entscheidend, um mechanische Teile genau zu messen. Die richtige Platzierung sollte perspektivische Effekte minimieren, die zu Vergrößerungsänderungen bei dreidimensionalen Objekten führen können.

• Vergrößerungsänderungen durch Objektverschiebung
• Bildverzerrung
• Perspektivfehler
• Schlechte Bildauflösung

Unsicherheit in der Objektrandposition aufgrund der Lichtquellengeometrie

Telezentrische Objektive können die meisten der oben genannten Probleme verringern oder sogar beseitigen und sind daher eine Schlüsselkomponente bei der Entwicklung hochpräziser Mess-Anwendungen.

Vorteile – Begrenzter Perspektivfehler

Bei Verwendung eines telezentrischen Objektivs bleibt die Größe des abgebildeten Objekts unabhängig von seinem Abstand zum Objektiv konstant. Bei der Aufnahme von Industrieteilen können bei Standardobjektiven perspektivische Fehler auftreten. Telezentrische Objektive können diese Effekte hingegen eliminieren.

Bei Verwendung eines telezentrischen Objektivs bleibt die Objektgröße im Bild unabhängig von der Entfernung zum Objektiv konstant. Bei der Fotografie von Industrieteilen mit Standard- und telezentrischen Objektiven können bei Standardobjektiven perspektivische Fehler auftreten. Telezentrische Objektive können diese Effekte hingegen eliminieren.

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

Im Gegensatz dazu überlappen sich bei der Verwendung eines telezentrischen Objektivs die beiden Kronenkanten vollständig und die untere Kronenkante wird vollständig verdeckt.

Vorteile – Hohe Auflösung

Telezentrische Objektive verfügen über eine hohe Auflösung über das gesamte Sichtfeld. Dadurch eignen sie sich für Anwendungen, die eine hohe Auflösung erfordern, wie etwa Mikroskopie, Messtechnik und industrielle Bildverarbeitung.

PS: Auf der linken Seite wird eine normale optische Linse verwendet, und auf der rechten Seite wird eine telezentrische Linse verwendet.

Vorteile - Geringe Verzerrung

Verzerrung ist eines der schwerwiegendsten Probleme, die die Messgenauigkeit einschränken. Herkömmliche optische Geräte können Verzerrungswerte aufweisen, die von einigen Prozent bis zu mehreren zehn Prozent reichen. Dies erschwert genaue Messungen. Bei nicht telezentrischen Objektiven wird das Problem noch schwerwiegender.

Bei nicht telezentrischen Objektiven wird das Problem noch schlimmer. Hochwertige telezentrische Objektive weisen normalerweise eine sehr geringe Verzerrung mit Werten innerhalb von 0,1 % auf. Obwohl dieser Wert sehr klein erscheint, liegt der dadurch verursachte Messfehler nahe an der Größe eines Pixels einer hochauflösenden Kamera.

      (links ist eine kissenartige Verzerrung, rechts eine tonnenartige Verzerrung)

(Das linke Bild wurde mit einem telezentrischen Objektiv aufgenommen und weist keinerlei Verzerrungen auf. Das rechte Bild wurde mit einem normalen Objektiv aufgenommen und weist eine starke radiale Verzerrung auf.)

Vorteile: Keine Unsicherheit hinsichtlich der Kantenposition

Beim Fotografieren eines Objekts gegen das Licht ist es oft schwierig, die genaue Position seines Randes zu bestimmen. Dies liegt daran, dass vor einem dunklen Hintergrund helle Pixel am Rand des Objekts dazu neigen, sich mit dunklen Pixeln zu überlappen. Wenn das Objekt zudem eine stark dreidimensionale Form hat, schränken Randeffekte die Messgenauigkeit zusätzlich ein.

   
（Abb.1） （Abb.2）

(Abb. 1) Auf dem mit der Linse aufgenommenen Bild ist die Innenwand des Zahnradlochs sichtbar, das gesamte Zahnrad ist in der Mitte konvex, die Daten zu Blende und Außenrand sind nicht real, der Rand ist schwer zu lesen und es ist eine sehr komplexe Algorithmuskorrektur erforderlich.

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

(Abb. 3) Aufgrund optischer Fehler und ungenauer Fokussierung ist beim Aufnehmen mit einem gewöhnlichen Objektiv die Innenwand sichtbar, die Randextraktion ist nicht klar und beim Aufnehmen der Entlüftungsöffnung der Kunststoffform (rot eingekreist) entsteht ein Schatten, der die Erkennung beeinträchtigt.

(Abb. 4) Aufnahme mit einem telezentrischen Objektiv. Da das telezentrische Objektiv die telezentrischen Eigenschaften von parallelem Licht aufweist, gibt es keinen visuellen Fehler. Daher ist beim Aufnehmen des Entlüftungslochs der Kunststoffform (rot eingekreist) die Innenwandkante klar und die Daten sind genau. Beim Aufnehmen des runden Lochs (grün) ist die Lochkante klar und Grate und die Größe der Öffnung sind leicht zu erkennen.

Telezentrische Objektive mit unterschiedlichen Aufbauten und optischen Designs
Es gibt verschiedene Arten telezentrischer Objektive. Diese Typen basieren auf ihrer Anwendung und ihrem Design. Zu den Typen gehören Objektraum-, Bildraum- und bi-telezentrische Objektive .

Diese drei Objektive weisen offensichtliche Unterschiede in Design und Anwendung auf, und die Wahl des Objektivs hängt von den spezifischen Anforderungen ab, einschließlich Messgenauigkeit, Bildqualität und Anwendungsszenarien. Objektraumtelezentrische Objektive haben am Objektende telezentrische Eigenschaften.

Bei bildraumtelezentrischen Objektiven sind sie am Abbildungsende vorhanden. Bi-telezentrische Objektive haben an beiden Enden telezentrische Eigenschaften für höhere Genauigkeit und Konsistenz. Bi-telezentrische Objektive haben an beiden Enden telezentrische Eigenschaften für höhere Genauigkeit und Konsistenz.

Objektraum-Telezentrisches Objektiv

Wird häufig in Mess-, Inspektions- und industriellen Bildverarbeitungssystemen verwendet, insbesondere in Situationen, in denen Größe und Form von Objekten genau gemessen werden müssen. Vision Datum bietet kompakte telezentrische Objektive, die für AOI-Anwendungen (Automatic Optical Inspection) geeignet sind.

Telezentrische Abbildung im Objektraum, wobei sich die Blendenöffnung in der hinteren Brennebene des Objektivs befindet. Die Eintrittspupille liegt im Unendlichen, und der Hauptstrahl vor dem Objektiv verläuft parallel zur optischen Achse. Innerhalb eines sinnvollen Bewegungsbereichs ist die Vergrößerung des Objekts unabhängig vom Objektabstand, und die Bildhöhe ändert sich auch bei Änderung des Objektabstands nicht.

Objektseitiges telezentrisches Objektiv

Telezentrische Bildgebung, bei der sich die Blende in der vorderen Brennebene des Objektivs befindet. Die Austrittspupille liegt im Unendlichen und der Hauptstrahl nach dem Objektiv verläuft parallel zur optischen Achse. (Wenn Sie diese telezentrische Objektivstruktur benötigen, kontaktieren Sie uns bitte.)

Bi-telezentrisches Objektiv

Das bi-telezentrische Objektiv vereint die Vorteile der Objekt- und Bild-Telezentrie. Innerhalb der Schärfentiefe hat die Entfernung des Objekts oder der Kamera keinen Einfluss auf die Vergrößerung des Abbildungssystems.
Anwendung: Geeignet für Situationen, in denen die Telezentrieprobleme des Objektraums und des Bildraums gleichzeitig gelöst werden müssen, beispielsweise im Bereich der Präzisionsmessung.

Bi-telezentrisches Objektiv von Vision Datum

• Die Schärfentiefe ist größer als die Objekt-/Bildtelezentrizität, was bedeutet, dass das bi-telezentrische Objektiv bei gleichem Arbeitsabstand einen größeren Bereich von Objekten beobachten kann, was für Situationen geeignet ist, in denen der Höhenunterschied der zu beobachtenden Objekte groß ist
• Höhere Telezentrie kann genauere Messergebnisse liefern
• Hohe Auflösung: Auch mit kleinen Pixelbildsensoren können bi-telezentrische Objektive hochauflösende Bilder erzeugen, was für Anwendungsszenarien, die hochauflösende Bilder erfordern, sehr vorteilhaft ist
• Unterstützt Großflächenkameras und kann mit unseren hochauflösenden Kameras und Zeilenkameras verwendet werden
• Genauere und konsistentere Vergrößerung: Bi-telezentrische Objektive können eine genauere und konsistentere Vergrößerung bieten, 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: An die Lichtquelle angepasstes telezentrisches Objektiv

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

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

Parallele Oberflächenlichtquelle: Der Oberfläche des Diffusors der gewöhnlichen Oberflächenlichtquelle wird eine Schicht Lichtkontrollfilm hinzugefügt, um die Parallelität der Lichtquelle zu verbessern. Es eignet sich für Szenen, die einen größeren Beleuchtungsbereich erfordern, wie z. B. Hintergrundbeleuchtung.

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