Lente telecéntrica para visión por máquina
La lente telecéntrica se refiere principalmente a una lente especial diseñada para corregir la paralaje de las lentes industriales.
Al usar una lente industrial, el objeto que se mide suele estar cerca, haciendo que la imagen parezca estar lejos. Esto puede causar problemas como cambios en la magnificación, distorsión de la lente, baja resolución y bordes borrosos. Esto ocurre porque el objeto a menudo no está en el plano de medición.
Para abordar estos problemas, los ingenieros de visión por máquina crearon una lente telecéntrica. Esta lente ofrece claras ventajas para la medición precisa y la metrología.
¿En qué aplicación se debe usar una lente telecéntrica?
Las lentes telecéntricas son las mejores para inspeccionar objetos en 6 situaciones debido a sus ventajas y características únicas.
- Cuando se necesita detectar objetos gruesos (grosor>1/10 del diámetro del FOV);
- Cuando se necesita detectar objetos que no están en el mismo plano;
- Cuando no está claro a qué distancia está el objeto de la lente;
- Cuando se necesita detectar objetos tridimensionales con aberturas;
- Cuando se requiere baja distorsión y un brillo de imagen casi completamente consistente;
- Cuando los defectos solo pueden detectarse bajo iluminación paralela en la misma dirección.
Lente telecéntrica VS Lente normal
Los integradores de visión por máquina saben que una buena óptica es importante para un mejor rendimiento del sistema. Las lentes telecéntricas son necesarias para mediciones de tamaño precisas en aplicaciones de imagen. Los ingenieros de software necesitan imágenes claras con mínima distorsión para medir piezas mecánicas con precisión. Los integradores de visión por máquina entienden la importancia de usar buena óptica para un rendimiento óptimo del sistema.
Las lentes telecéntricas son esenciales para mediciones de tamaño precisas en aplicaciones de imagen. Las imágenes claras con mínima distorsión son cruciales para que los ingenieros de software midan con precisión las piezas mecánicas. Una colocación adecuada debe minimizar los efectos de perspectiva, que pueden llevar a cambios en la magnificación en objetos tridimensionales.
- Cambios de magnificación debido al desplazamiento del objeto
- Distorsión de imagen
- Error de perspectiva
- Baja resolución de imagen
Incertidumbre en la posición del borde del objeto debido a la geometría de la fuente de luz
Las lentes telecéntricas pueden reducir o incluso eliminar la mayoría de los problemas anteriores, lo que las convierte en un componente clave en el desarrollo de aplicaciones de medición de alta precisión.
Ventajas—Error de perspectiva limitado
Al usar una lente telecéntrica, el tamaño del objeto en la imagen permanece constante sin importar su distancia desde la lente. Al tomar fotos de piezas industriales, las lentes estándar pueden mostrar errores de perspectiva. Las lentes telecéntricas, por otro lado, pueden eliminar estos efectos.
Al usar una lente telecéntrica, el tamaño del objeto en la imagen permanece constante sin importar su distancia desde la lente. Al fotografiar piezas industriales con lentes estándar y telecéntricas, las lentes estándar pueden mostrar errores de perspectiva. Las lentes telecéntricas, por otro lado, pueden eliminar estos efectos.
Al capturar la imagen de un objeto tridimensional (no un objeto perfectamente plano) usando óptica normal, los objetos distantes aparecen más pequeños que los cercanos. Por lo tanto, al capturar la imagen de una cavidad cilíndrica, los bordes de la corona superior e inferior aparecen como dos círculos concéntricos, aunque en realidad son idénticos.
En contraste, al usar una lente telecéntrica, los dos bordes de la corona se superponen por completo, y el borde de la corona inferior queda completamente oculto.
Ventajas—Alta resolución
Lentes telecéntricas tienen alta resolución en todo el campo de visión. Esto las hace adecuadas para aplicaciones que requieren alta resolución, como la microscopía, la metrología y la visión por máquina.
PS: El lado izquierdo usa una lente óptica normal, y el lado derecho usa una lente telecéntrica.
Ventajas - Baja distorsión
La distorsión es uno de los problemas más serios que limitan la precisión de la medición. Los dispositivos ópticos regulares pueden tener valores de distorsión que van desde un pocos por ciento hasta decenas de por ciento. Esto dificulta las mediciones precisas. El problema se vuelve más severo con lentes no telecéntricas.
El problema empeora con lentes no telecéntricas. Las lentes telecéntricas de alta calidad suelen tener muy baja distorsión, con valores dentro del 0.1%; aunque este valor parece muy pequeño, el error de medición causado por él será cercano al tamaño de un píxel en una cámara de alta resolución.
(izquierda es distorsión tipo "cojín", derecha es distorsión tipo "barril")
(La imagen izquierda está tomada con una lente telecéntrica, mostrando ninguna distorsión de ninguna forma. La imagen derecha está tomada con una lente normal, mostrando fuerte distorsión radial.)
Ventajas—Sin incertidumbre de posición de borde
Al fotografiar un objeto contra la luz, a menudo es difícil determinar la ubicación exacta de su borde. Esto se debe a que contra un fondo oscuro, los píxeles brillantes en el borde del objeto tienden a superponerse con píxeles oscuros. Además, si el objeto tiene una forma altamente tridimensional, los efectos de borde limitarán aún más la precisión de la medición.
（Fig.1） （Fig.2）
(Fig.1) En la foto tomada por la lente, se ve la pared interna del agujero de la rueda dentada, toda la rueda dentada es convexa a lo largo del centro, los datos de la abertura y el borde exterior no son reales, es difícil leer el borde, y se requiere una corrección de algoritmo muy compleja.
(Fig.2) Cuando la rueda dentada se fotografía con una lente telecéntrica, el borde interno del agujero de la rueda dentada y el borde exterior de la rueda dentada están claramente delineados, los datos de la abertura son reales, no se ve la pared interna del agujero y la pared exterior está distorsionada, y no se requiere corrección de imagen.
（Fig.3） （Fig.4）
(Fig.3) Debido a errores visuales y enfoque inexacto, al disparar con una lente ordinaria, se ve la pared interna, la extracción del borde no es clara, y hay una sombra al disparar el orificio de ventilación del molde de plástico (circulado en rojo), lo que afecta el reconocimiento.
(Fig.4) Disparo con una lente telecéntrica. Dado que la lente telecéntrica tiene las características telecéntricas de luz paralela, no hay error visual. Por lo tanto, al disparar el orificio de ventilación del molde de plástico (circulado en rojo), el borde de la pared interna es claro y los datos son precisos. Al disparar el orificio redondo (verde), el borde del orificio es claro, y es fácil detectar rebabas y el tamaño de la abertura.
Lentes telecéntricas con diferentes estructuras y diseños ópticos
Hay varios tipos de lentes telecéntricas. Estos tipos se basan en su aplicación y diseño. Los tipos incluyen espacio de objeto, espacio de imagen, y lentes bi-telecéntricas.
Estas tres lentes tienen diferencias obvias en diseño y aplicación, y la elección de cuál lente depende de necesidades específicas, incluyendo precisión de medición, calidad de imagen y escenarios de aplicación. Las lentes telecéntricas de espacio de objeto tienen características telecéntricas en el extremo del objeto.
Las lentes telecéntricas de espacio de imagen las tienen en el extremo de imagen. Las lentes bi-telecéntricas tienen características telecéntricas en ambos extremos para mayor precisión y consistencia. Las lentes bi-telecéntricas tienen características telecéntricas en ambos extremos para mayor precisión y consistencia.
Lente telecéntrica de espacio de objeto
Ampliamente utilizada en medición, inspección y sistemas de visión industrial, especialmente en situaciones donde el tamaño y la forma de los objetos necesitan ser medidos con precisión. Vision Datum ofrece lentes telecéntricas compactas adecuadas para aplicaciones de AOI (Inspección Óptica Automática).
Imagen telecéntrica en el espacio de objeto, donde la apertura está ubicada en el plano focal trasero del objetivo. La pupila de entrada está ubicada en el infinito, y el rayo principal frente al objetivo es paralelo al eje óptico. Dentro de un rango de movimiento razonable, la magnificación del objeto es independiente de la distancia del objeto, y la altura de la imagen no cambia aunque la distancia del objeto cambie.
Lente telecéntrica de lado del objeto
Imagen telecéntrica de espacio de imagen, donde la apertura está ubicada en el plano focal frontal del objetivo. La pupila de salida está en el infinito y el rayo principal después del objetivo es paralelo al eje óptico. (Si necesita esta estructura de lente telecéntrica, por favor contáctenos)
Lente bi-telecéntrica
La lente bi-telecéntrica combina las ventajas de la telecentricidad de espacio de objeto y la telecentricidad de espacio de imagen. Dentro de la profundidad de campo, la distancia del objeto o la distancia de la cámara no afectarán la magnificación del sistema de imagen.
Aplicación: Adecuado para situaciones donde es necesario resolver los problemas de telecentricidad del espacio de objeto y del espacio de imagen al mismo tiempo, como en el campo de la medición de precisión.
Lente bi-telecéntrica Vision Datum
- La profundidad de campo es mayor que la telecentricidad de objeto/imagen, lo que significa que a la misma distancia de trabajo, la lente bi-telecéntrica puede observar un rango más amplio de objetos, lo cual es adecuado para situaciones donde la diferencia de altura de los objetos a observar es grande
- Mayor telecentricidad puede proporcionar resultados de medición más precisos
- Alta resolución: Incluso con sensores de imagen de píxel pequeño, las lentes bi-telecéntricas pueden generar imágenes de alta resolución, lo cual es muy beneficioso para escenarios de aplicación que requieren imágenes de alta definición
- Soporta cámaras de gran área y puede usarse con nuestras cámaras de alta resolución y cámaras de línea
- Magnificación más precisa y consistente: Las lentes bi-telecéntricas pueden proporcionar una magnificación más precisa y consistente, lo cual es una ventaja importante para aplicaciones que requieren medición precisa
- Puede usarse para aplicaciones de gran campo de visión
- Las lentes bi-telecéntricas son caras, por lo que no muchas personas pueden permitirse lentes telecéntricas
- Cuanto menor sea la magnificación, mayor será el tamaño y más pesado será
Mejor elección-Lente telecéntrica adaptada a la fuente de luz
Las lentes telecéntricas funcionan mejor con una fuente de luz paralela. Filtran la mayoría de la luz difusa, por lo que las imágenes pueden parecer más oscuras en luz natural. El uso de una fuente de luz paralela con lentes telecéntricas puede mejorar la claridad y estabilidad de los bordes del objeto. También puede ayudar a reducir el ruido durante la detección.
Tipo de fuente de luz adaptativa
Fuente de luz paralela telecéntrica: Dado que el LED está colocado en el foco de la lente convexa, la luz emitida es paralela y adecuada para su uso con lentes telecéntricas, como la fuente de luz puntual y la fuente de luz telecéntrica.
Fuente de luz de superficie paralela: Se añade una capa de película de control de luz a la superficie del difusor de la fuente de luz de superficie ordinaria para mejorar la paralelismo de la fuente de luz. Es adecuada para escenas que requieren un área de iluminación más grande, como la iluminación de fondo.
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