Lente Telecêntrica para Visão Máquina
A lente telecêntrica refere-se principalmente a uma lente especial projetada para corrigir a paralaxe das lentes industriais.
Ao utilizar uma lente industrial, o objeto em medição está geralmente próximo, fazendo com que a imagem pareça estar longe. Isso pode causar problemas como alterações na ampliação, distorção da lente, baixa resolução e bordas desfocadas. Isso acontece porque o objeto muitas vezes não está no plano de medição.
Para resolver estes problemas, os engenheiros de visão máquina criaram a lente telecêntrica. Esta lente oferece benefícios claros para medição precisa e metrologia.
Em que aplicação deve ser utilizada a lente telecêntrica?
As lentes telecêntricas são as melhores para inspecionar objetos em 6 situações devido às suas vantagens e características únicas.
- Quando precisa detetar objetos espessos (espessura>1/10 do diâmetro do FOV);
- Quando precisa detetar objetos que não estão no mesmo plano;
- Quando não está claro a que distância o objeto está da lente;
- Quando precisa detetar objetos tridimensionais com aberturas;
- Quando são requeridas baixa distorção e brilho da imagem quase totalmente consistente;
- Quando os defeitos só podem ser detetados sob iluminação paralela na mesma direção.
Lente Telecêntrica VS Lente Normal
Os integradores de visão máquina sabem que óticas de boa qualidade são importantes para um melhor desempenho do sistema. As lentes telecêntricas são necessárias para medições de tamanho precisas em aplicações de imagem. Os engenheiros de software precisam de imagens nítidas com distorção mínima para medir peças mecânicas com precisão. Os integradores de visão máquina compreendem a importância de utilizar óticas de boa qualidade para um desempenho ótimo do sistema.
As lentes telecêntricas são essenciais para medições de tamanho precisas em aplicações de imagem. Imagens nítidas com distorção mínima são cruciais para que os engenheiros de software meçam peças mecânicas com precisão. Uma colocação adequada deve minimizar os efeitos de perspetiva, que podem levar a alterações na ampliação em objetos tridimensionais.
- Alterações na ampliação devido ao deslocamento do objeto
- Distorção da imagem
- Erro de perspetiva
- Baixa resolução da imagem
Incerteza na posição da borda do objeto devido à geometria da fonte de luz
As lentes telecêntricas podem reduzir ou mesmo eliminar a maioria dos problemas acima, tornando-as um componente-chave no desenvolvimento de aplicações de medição de alta precisão.
Vantagens—Erro de Perspetiva Limitado
Ao utilizar uma lente telecêntrica, o tamanho do objeto na imagem permanece constante independentemente da sua distância da lente. Ao tirar fotografias de peças industriais, as lentes padrão podem exibir erros de perspetiva. As lentes telecêntricas, por outro lado, podem eliminar estes efeitos.
Ao utilizar uma lente telecêntrica, o tamanho do objeto na imagem permanece constante independentemente da sua distância da lente. Ao fotografar peças industriais com lentes padrão e telecêntricas, as lentes padrão podem exibir erros de perspetiva. As lentes telecêntricas, por outro lado, podem eliminar estes efeitos.
Ao captar a imagem de um objeto tridimensional (não um objeto perfeitamente plano) utilizando óticas normais, os objetos distantes parecem menores do que os objetos próximos. Assim, ao captar a imagem de uma cavidade cilíndrica, as bordas da coroa superior e inferior aparecem como dois círculos concêntricos, mesmo que sejam na verdade idênticas.
Em contraste, ao utilizar uma lente telecêntrica, as duas bordas da coroa sobrepõem-se completamente, e a borda da coroa inferior é completamente obscurecida.
Vantagens—Alta Resolução
Lentes telecêntricas têm alta resolução em todo o campo de visão. Isso as torna adequadas para aplicações que requerem alta resolução, como microscopia, metrologia e visão máquina.
PS: O lado esquerdo utiliza uma lente ótica normal, e o lado direito utiliza uma lente telecêntrica.
Vantagens - Baixa Distorção
A distorção é um dos problemas mais sérios que limitam a precisão da medição. Os dispositivos óticos regulares podem ter valores de distorção que variam de alguns por cento a dezenas de por cento. Isso torna as medições precisas difíceis. O problema torna-se mais grave com lentes não telecêntricas.
O problema piora com lentes não telecêntricas. As lentes telecêntricas de alta qualidade geralmente têm distorção muito baixa, com valores dentro de 0,1%; embora este valor pareça muito pequeno, o erro de medição causado por ele será próximo do tamanho de um pixel numa câmara de alta resolução.
(esquerda é distorção do tipo "almofada", direita é distorção do tipo "barril")
(A imagem à esquerda é tirada com uma lente telecêntrica, mostrando nenhuma distorção de qualquer forma. A imagem à direita é tirada com uma lente normal, mostrando forte distorção radial.)
Vantagens—Sem incerteza na posição da borda
Ao fotografar um objeto contra a luz, é frequentemente difícil determinar a localização exata da sua borda. Isso é porque, contra um fundo escuro, os píxeis brilhantes na borda do objeto tendem a sobrepor-se aos píxeis escuros. Além disso, se o objeto tiver uma forma altamente tridimensional, os efeitos de fronteira limitarão ainda mais a precisão da medição.
(Fig.1) (Fig.2)
(Fig.1) Na imagem tirada pela lente, a parede interna do furo da engrenagem é visível, a engrenagem inteira é convexa ao longo do centro, os dados da abertura e da borda externa não são reais, é difícil ler a borda e é necessária uma correção de algoritmo muito complexa.
(Fig.2) Quando a engrenagem é fotografada com uma lente telecêntrica, a borda interna do furo da engrenagem e a borda externa da engrenagem estão claramente delineadas, os dados da abertura são reais, não há parede interna visível do furo e a parede externa não está distorcida, e não é necessária correção de imagem.
(Fig.3) (Fig.4)
(Fig.3) Devido a erros visuais e foco impreciso, ao fotografar com uma lente comum, a parede interna é visível, a extração da borda não é clara e há uma sombra ao fotografar o furo de ventilação do molde de plástico (circulado em vermelho), o que afeta o reconhecimento.
(Fig.4) Fotografar com uma lente telecêntrica. Como a lente telecêntrica tem as características telecêntricas de luz paralela, não há erro visual. Portanto, ao fotografar o furo de ventilação do molde de plástico (circulado em vermelho), a borda da parede interna é clara e os dados são precisos. Ao fotografar o furo redondo (verde), a borda do furo é clara e é fácil detetar rebarbas e o tamanho da abertura.
Lentes telecêntricas com diferentes estruturas e designs óticos
Existem vários tipos de lentes telecêntricas. Estes tipos baseiam-se na sua aplicação e design. Os tipos incluem espaço do objeto, espaço da imagem e lentes bi-telecêntricas.
Estas três lentes têm diferenças óbvias no design e aplicação, e a escolha de qual lente depende de necessidades específicas, incluindo precisão de medição, qualidade da imagem e cenários de aplicação. As lentes telecêntricas de espaço do objeto têm características telecêntricas na extremidade do objeto.
As lentes telecêntricas de espaço da imagem têm-nas na extremidade de imagem. As lentes bi-telecêntricas têm características telecêntricas em ambas as extremidades para maior precisão e consistência. As lentes bi-telecêntricas têm características telecêntricas em ambas as extremidades para maior precisão e consistência.
Lente Telecêntrica de Espaço do Objeto
Amplamente utilizada em medição, inspeção e sistemas de visão industrial, especialmente em situações onde o tamanho e a forma dos objetos precisam de ser medidos com precisão. A Vision Datum oferece lentes telecêntricas compactas adequadas para aplicações AOI (Inspeção Ótica Automática).
Imagem telecêntrica no espaço do objeto, onde a abertura está localizada no plano focal traseiro da objetiva. A pupila de entrada está localizada no infinito, e o raio principal à frente da objetiva é paralelo ao eixo ótico. Dentro de um intervalo de movimento razoável, a ampliação do objeto é independente da distância do objeto, e a altura da imagem não muda mesmo se a distância do objeto mudar.
Lente Telecêntrica do Lado do Objeto
Imagem telecêntrica de espaço da imagem, onde a abertura está localizada no plano focal frontal da objetiva. A pupila de saída está no infinito e o raio principal após a objetiva é paralelo ao eixo ótico. (Se precisar desta estrutura de lente telecêntrica, por favor contacte-nos)
Lente Bi-telecêntrica
A lente bi-telecêntrica combina as vantagens da telecência do espaço do objeto e da telecência do espaço da imagem. Dentro da profundidade de campo, a distância do objeto ou a distância da câmara não afetará a ampliação do sistema de imagem.
Aplicação: Adequada para situações onde é necessário resolver os problemas de telecência do espaço do objeto e do espaço da imagem ao mesmo tempo, como no campo da medição de precisão.
Lente Bi-telecêntrica Vision Datum
- A profundidade de campo é maior do que a telecência do objeto/imagem, o que significa que, na mesma distância de trabalho, a lente bi-telecêntrica pode observar uma gama mais ampla de objetos, o que é adequado para situações onde a diferença de altura dos objetos a serem observados é grande
- Maior telecência pode fornecer resultados de medição mais precisos
- Alta resolução: Mesmo com sensores de imagem de píxeis pequenos, as lentes bi-telecêntricas podem gerar imagens de alta resolução, o que é muito benéfico para cenários de aplicação que requerem imagens de alta definição
- Suporta câmaras de grande área e pode ser utilizada com as nossas câmaras de alta resolução e câmaras de varrimento de linha
- Ampliação mais precisa e consistente: As lentes bi-telecêntricas podem fornecer uma ampliação mais precisa e consistente, o que é uma vantagem importante para aplicações que requerem medição precisa
- Pode ser utilizada para aplicações de grande campo de visão
- As lentes bi-telecêntricas são caras, por isso nem muitas pessoas podem pagar lentes telecêntricas
- Quanto menor a ampliação, maior o tamanho e mais pesada é
Melhor Escolha-Lente telecêntrica adaptada à fonte de luz
As lentes telecêntricas funcionam melhor com uma fonte de luz paralela. Elas filtram a maior parte da luz difusa, por isso as imagens podem parecer mais escuras em luz natural. O uso de uma fonte de luz paralela com lentes telecêntricas pode melhorar a nitidez e a estabilidade das bordas do objeto. Também pode ajudar a reduzir o ruído durante a deteção.
Tipo de fonte de luz adaptativa
Fonte de luz paralela telecêntrica: Como o LED é colocado no foco da lente convexa, a luz emitida é paralela e adequada para uso com lentes telecêntricas, como a fonte de luz pontual e a fonte de luz telecêntrica.
Fonte de luz de superfície paralela: Uma camada de película de controlo de luz é adicionada à superfície do difusor da fonte de luz de superfície comum para melhorar a paralelismo da fonte de luz. É adequada para cenas que requerem uma área de iluminação maior, como iluminação de fundo.
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