Shenzhen V-Plus Technologies Co., Ltd.

3D tasvirlash

Telesentrik linzalar aniq o'lchovlarni amalga oshiradi

Telesentrik linzalar mashinani ko'rish tizimlariga qo'shimcha aniqlik darajasini qo'shadi.

 234 (1)

Telesentrik linzalar mashinani ko'rish tizimlariga qo'shimcha aniqlik darajasini qo'shadi.

Endryu Uilson tomonidan, muharriri

Yarimo'tkazgich tekshiruvida ishlatiladigan kabi ko'plab mashinani ko'rish tizimlarida aniq takrorlanadigan o'lchovlar doimiy ravishda amalga oshirilishi kerak. Bunday bo'lishini ta'minlash uchun tizim ishlab chiquvchilari ushbu qismlarni tasvirlaydigan telesentrik linzalar asosida qimmatroq optik tizimlarga murojaat qilishlari kerak. Telesentrik linzalarni tanlashning ko'pgina sabablari odatdagi linzalar tizimlarining cheklovlaridan kelib chiqadi.

Masalan, odatdagi ob'ektiv tizimining chuqurligi ichida ob'ekt ozgina bo'lsa ham harakat qilsa, u holda kattalashtirish o'zgarishi bo'ladi. Ilgari, ob'ektning siljishi sababli kattalashtirish o'zgarishlari qo'shimcha kamera yoki ob'ektiv bilan ob'ekt orasidagi masofani kuzatuvchi chuqurlik sensori yordamida sozlangan. Telesentrik ob'ektivdan foydalanish bunday kattalashtirish o'zgarishlarini sezilarli darajada kamaytirishi yoki hatto yo'q qilishi mumkin, shuning uchun har qanday qo'shimcha kameraga ehtiyoj seziladi va aks holda har qanday kattalashtirish xatolarini to'g'irlash uchun talab qilinishi mumkin bo'lgan rasm ma'lumotlari.

Perspektiv yoki parallaks xatolari telesentrik linzalardan foydalangan holda ham yo'q qilinishi mumkin. An'anaviy optik tizimlarda yaqinroq narsalar uzoqroqlarga qaraganda nisbatan kattaroq ko'rinadi, chunki ob'ektning kattalashishi ob'ektivdan uzoqlashishi bilan o'zgaradi. Biroq, telesentrik linzalar optik jihatdan ushbu parallaks xatosi uchun to'g'ri keladi, shunda ob'ektlar ob'ektivdan ma'lum masofaga bog'liq bo'lmagan holda bir xil darajada qabul qilinadi.

234 (1)

3 o'lchamli ob'ektlarni tasvirlash uchun standart optikadan foydalanganda, uzoqroq narsalar uzoqroq bo'lganlarga qaraganda kichikroq ko'rinadi. Natijada, silindrsimon bo'shliq kabi bir narsa tasvirlanganida, yuqori va pastki dumaloq qirralar konsentrik bo'lib ko'rinadi va silindrning ichki devorlari tasvirlangan (odatdagi optikalar stakan yoki stakan ichiga qaraganida o'zini odamning ko'zlari kabi tutadi) . Biroq, telesentrik optikadan foydalangan holda, pastki chet va ichki devorlar yo'qoladi va shuning uchun telesentrik ob'ektiv 3 o'lchamli ob'ektning 2-o'lchovli ko'rinishini beradi, bu esa mashinani ko'rish tizimini SAPR dasturiga o'xshab ko'proq yoki kamroq ishlaydi (1-rasmga qarang). ).

Kattalashtirish o'zgaradi

Telecentricity ob'ektning masofa bilan ko'rish doirasidagi (FOV) ob'ektning kattalashishi qanday o'zgarishini belgilaydi. Shunday qilib, xuddi shu FOV uchun uzoq fokusli ob'ektiv bilan tasvirlangan narsalar qisqa fokusli ob'ektiv bilan tasvirlanganlarga qaraganda kattalashtirish o'zgarishini kamroq namoyon qiladi. Telesentrik linzalar go'yo cheksiz fokus masofasiga ega bo'lganidek harakat qilganligi sababli, kattalashtirish ob'ekt masofasidan mustaqil. Ob'ektivdan yaqinroq yoki uzoqlashgan ob'ektlar fokus jihatidan farq qilishi mumkin bo'lsa ham, ob'ektning tasvir hajmi doimiy bo'ladi.

234 (2)

Muayyan linzalarning telesentriklik darajasi bosh nur yoki telesentrik burchak bilan o'lchanadi (2-rasmga qarang). Standart tijorat linzalarining telesentrik burchaklari 10 ° va undan yuqori bo'lsa, telesentrik linzalarning bosh nurlari 0,1 ° dan kam. Ushbu telesentriklik darajasiga erishish uchun ob'ektiv element tasvirlanadigan ob'ektning FOV-dan kattaroq bo'lishi kerak, shuning uchun bunday linzalar kattaroq va shuning uchun qimmatroq bo'ladi.

Muayyan mashinani ko'rish dasturi uchun telesentrik ob'ektivni tanlashda tizim integratorlari alohida ishlab chiqaruvchilar tomonidan qo'llaniladigan terminologiyani va har bir ob'ektiv dizayni ortidagi operatsion tamoyillarini tushunishlari kerak. Odatda, telesentrik linzalar ob'ekt-kosmik, tasvir-bo'shliq yoki ikki yoki ikki telesentrik dizaynlar bilan ta'minlanadi (3-rasmga qarang). Ko'pgina ishlab chiqaruvchilar ushbu turdagi linzalarni taklif qilsalar-da, tasvir-kosmik telesentrik linzalar tasvirni proektsiyalash uskunalarida va kamdan-kam hollarda mashinani ko'rish dasturlarida qo'llaniladi.

234 (3)

Telesentrik linzalarda, kirish yoki chiqish o'quvchisining markazi orqali bosh nur optik o'qga parallel, linzalarning qaysi turiga qarab, ob'ektivning bir yoki ikkala tomonida joylashgan. Mashina ko'rish tizimlarida ushbu ob'ektiv turlaridan eng ko'p foydalaniladigan narsa ob'ekt tomonidagi telesentrik hisoblanadi. Ushbu dizaynlarda bosh nurlar o'lchanayotgan narsaga parallel bo'lib, ob'ektiv tizimi tasvirni CCD yoki CMOS kameraga yo'naltirish uchun ishlatiladi. Ushbu linzalar faqat ob'ekt tomonida telesentrik bo'lganligi sababli, bi-telesentrik linzalarga qaraganda kamroq ob'ektiv elementlari talab qilinadi, natijada ular arzonlashadi.

2 / 3- yoki 1/2-in uchun. formatidagi datchiklar, Edmund Optics o'zining Techspec Gold seriyasida ikkita ob'ektiv telesentrik linzalarni taqdim etadi. 2/3-in paytida. seriyali 2/3-in bilan ishlatish uchun beshta linzalarni o'z ichiga oladi. yoki kichikroq datchiklar, 1/2 in. seriyali 1/2 dyuymli foydalanish uchun to'rtta linzalarni o'z ichiga oladi. yoki kichikroq sensorlar. 1/2 dyuym. ketma-ketligi 2/3-in uchun eng katta FOV qiymatlariga mos keladigan maydon maydonini maksimal darajada oshiradi. seriyali, bu kichik kameralar bilan katta maydonlarni yaratishga imkon beradi. Ushbu linzalar belgilangan chuqurlik bo'yicha doimiy ravishda kattalashtiradi va belgilangan ish masofasi oralig'ida 0,2 ° dan kam telesentriklikni ta'minlaydi.

Ob'ekt va rasm bo'shliqlari

Ko'pgina ob'ekt-kosmik telesentrik linzalar sobit fokus masofalari bilan taklif etiladi. Biroq, ba'zi bir mashinani ko'rish dasturlarida olingan tasvir hajmini optik ravishda oshirish kerak bo'lishi mumkin. Ushbu ehtiyojlarni qondirish uchun ba'zi kompaniyalar foydalanuvchiga ob'ektiv tomonidagi telesentrisiyani saqlab, tasvir joyidagi fokus masofasini o'zgartirishga imkon beradigan telesentrik kattalashtirish linzalarini taklif qilishadi. Bunga erishish uchun telesentrik zoom-linzali tizimlar avtomatik ravishda oldingi optikani va old va orqa linzalar orasidagi to'xtash joyini har xil tezlikda harakatlantirishi kerak. Ushbu ob'ektiv tizimlari aniq fokusli linzalarga qaraganda mexanik jihatdan murakkabroq bo'lganligi sababli, zum telesentriklarni sanoqli kompaniyalar taklif qilishadi.

Masalan, Navitar-dan olingan 12x telesentrik zoom-linzalari tizimi, doimiy istiqbol va kattalashtirishni saqlagan holda, telesentriklikni 0,3 ° dan kam masofada ta'minlaydi. 188 mm ish masofasida 50 dan 4 mm gacha bo'lgan maydon qamrovi bilan 12x telesentrik 0,16x dan 1,94x gacha kattalashtirish oralig'ida sozlanishi fokus masofasini ta'minlaydi.

Ba'zi hollarda, ayniqsa yuqori aniqlikdagi o'lchovlar uchun optik aberratsiyalar va geometrik buzilishlar ta'sirini kamaytirish uchun ham ob'ekt, ham tasvir tekisliklarida telesentriklikni ta'minlaydigan bi-telesentrik linzalardan foydalanish kerak. Ikki telesentrik linzalarning fokus masofasi cheksiz bo'lganligi sababli, tasvir o'lchami sensori joylashuvi tufayli FOV bo'yicha o'zgarmaydi. Shunday qilib, bi-telesentrik konstruktsiyalar maydonning kattalashtirish chuqurligining kattaligiga va tasvirlanayotgan ob'ekt bir xil kattalashtirishni saqlab turganda harakatlanadigan katta diapazonga ega bo'lishi mumkin.

Bu ayniqsa muhimdir, chunki CCD va CMOS datchiklari kichikroq va kichikroq piksellar bilan ishlab chiqishda davom etmoqda. Yorug'likni alohida piksellarga yo'naltirishga yordam berish uchun, tasvirni sotuvchilar endi o'zlarining sensorlariga mikrolens massivlarini qo'shmoqdalar. Har bir alohida piksel ustiga qo'yilgan ushbu linzalar, kiruvchi yorug'lik nurlari odatdagidan 5 ° yoki undan kam farq qilganda eng samarali hisoblanadi. Shu sababli, ob'ektivning ob'ektiv va tasvir tomonida ham telesentrisiya mavjud bo'lgan bi-telesentrik linzalar kiruvchi yorug'likni yanada samaraliroq yo'naltirishi mumkin. Ushbu linzalar bitta ob'ektli telesentrik linzalarga qaraganda qimmatroq bo'lishiga qaramay, ular ob'ektni o'lchash aniqligini oshiradi.

Ikki telesentrik linzalarning yana bir afzalligi - bu hatto yoritilishdir. Yorug'lik konuslari detektor yuzasiga bir xil moyillik bilan zarba berayotgan tasvirlar kosmosidagi nurlarning ma'lum bir yo'li tufayli piksellar barcha detektor o'lchamlari bo'yicha bir xil intensivlikda yoritiladi. Ushbu xususiyat juda yaxshi ma'lum emas, lekin ranglarning bir xilligini boshqarish kerak bo'lgan ilovalar uchun juda foydali bo'lishi mumkin.

V-Plus Technologies, Navitar, Schneider Optics va Sill Optics kabi qator kompaniyalar tomonidan linzalar taklif etiladi. Masalan, Schneider Optical kompaniyasining Xenoplan ikki tomonlama telesentrik linzalari, masalan, 2/3-in bilan ishlashga mo'ljallangan. formatdagi CCD kameralar va sozlanishi ìrísí va markazlashtiruvchi elementlarga ega. Ushbu sobit fokusli linzalar sobit kattalashtirilgan besh xil modeldan iborat: 1: 1, 1: 2, 1: 3, 1: 4 va 1: 5.

Schneider Optics-dan Rolf Wartmann ta'kidlaganidek, bi-telesentrik linzalar aniq o'lchov linzalari sifatida ishlatilmaganda, defokusirovka paytida assimetrik yoki siljigan chekka tasvirlar paydo bo'ladi. Bu qirralarning noaniq aniqlanishiga olib keladi, natijada nazariy jihatdan mumkin bo'lgan aniqlik darajasiga aniq erishilmaydi. Ikki tomonlama telesentrik linzalar bu kamchiliklarni ko'rsatmaydi va shu bilan nazariy jihatdan mumkin bo'lgan aniqlik darajasiga yaqinlashishga imkon beradi (qarang: www.schneiderkreuznach.com/knowhow/telezentrie_e.htm).

Fresnel linzalari

Ob'ekt-kosmik telesentrik ob'ektiv tizimlari kamida FOV ga teng bo'lgan oldingi elementga ega bo'lishi kerak. Shu sababli, 16-dyuymni ham ko'rish uchun odatiy ob'ekt kosmik telesentrik ob'ektiv. maydon juda qimmat va juda og'ir (4-rasmga qarang). Buni bartaraf etish uchun LightWorks kabi kompaniyalar vazn, narx va uzunlikni kamaytirish uchun Fresnel linzalarini o'z ichiga olgan telesentrik linzalarni ishlab chiqdilar. Frenel asosidagi telesentrik linzalar, odatda, Fresnel shaklining oldingi elementi plano-konveks yoki plano-konkav linzalariga o'xshash bo'lib, ular tor halqalarga bo'linib tekislanadi. Odatda Fresnel linzalari yupqa, o'yilgan kalıplanmış plastikdan qilingan va orqa element yoki elementlar an'anaviy optik bilan yaratilgan.

234 (4)

Fresnel linzalarini telesentrik tizimning bir qismi sifatida ishlatishning bitta katta afzalligi bor - ular aksariyat hollarda amaliy yoki hatto mumkin bo'lganidan ancha katta FOV-larni joylashtirish uchun qurilishi mumkin. An'anaviy telesentrik linzalarning amaliy chegarasi taxminan 12 dan 16 dyuymgacha bo'lishi mumkin. Light Works kompaniyasi 42 dyuymli FOVlar uchun Frenelga asoslangan telesentrik tizimlarni ishlab chiqdi va qurdi.

O'zlarining afzalliklariga qaramay, Fresnel linzalariga asoslangan tizimlar cheklangan. Fresnel linzalari rangni to'g'irlamaganligi sababli, ularni LED manbalari kabi deyarli bitta rangli yorug'lik bilan ishlatish yaxshidir. Aks holda, tasvirlangan narsalar atrofida rangli chekkalarning paydo bo'lishi ehtimoli mavjud. Bundan tashqari, an'anaviy linzalar bilan taqqoslaganda, Fresnel ob'ektividagi tasvir sifati eng yaxshi darajada va juda aniq o'lchash dasturlarida yoki kichik nuqsonlarni aniqlashda yaxshi tanlov bo'lmasligi mumkin. Frenel ob'ektividan yorug'likning yo'qolishi, shuningdek, linzalarning yivlarida yorug'lik tarqalishi va ob'ektivning o'zida aksga qarshi qoplamalar yo'qligi tufayli nisbatan katta. Shunga qaramay, past aniqlikdagi ilovalar uchun Fresnel asosidagi telesentrik ob'ektiv juda amaliy va iqtisodiy jihatdan samarali echim bo'lishi mumkin.

234 (5)

Qizig'i shundaki, Canon diffraktsion optikasi (DO) texnologiyasi bilan bunday linzalar bilan bog'liq muammolarni engib chiqishni da'vo qilmoqda, bu erda diffraktsiya panjaralari yuzma-yuz bog'langan ikkita bitta qatlamli difraksiyali optik elementlardan foydalaniladi (5-rasmga qarang). Uzunroq to'lqin uzunliklari katta difraksiyaviy burchak tufayli ob'ektivga yaqinroq tasvirni hosil qilar ekan, qisqaroq to'lqin uzunliklari kichikroq difraksiyaviy burchak tufayli ob'ektivdan uzoqroq tasvir hosil qilganligi sababli DO elementlarini an'anaviy shisha optikasi bilan birlashtirib, xromatik buzilishlarni bekor qiladi (qarang: Canon Veb-sayt). Afsuski, ushbu texnologiyadan foydalanish hali telesentrik linzalarga asoslangan dizaynlarda o'z yo'lini topmagan.

Perisentrik optikasi 360 ° ko'rinishga ega

Ko'pgina mashinalarni ko'rish tizimlari buyumning bir nechta yuzini tekshirish uchun ishlatiladi va ko'p hollarda silindrsimon yoki sharsimon yuzani 100% tekshirish kerak. Ilgari, ushbu tekshiruvlar qismning atrofiga joylashtirilgan bir qator kameralar yordamida amalga oshirilgan bo'lib, har bir kamerada buyumning ma'lum bir tomoni yoki qismi tasviri tushirilgan.

Afsuski, ushbu yondashuv talab qilinadigan kameralar soni tufayli tizim xarajatlarini oshiradi. Bundan tashqari, tasvirlanadigan ob'ekt aniq joylashtirilgan bo'lishi kerak, chunki har bir kamera buyumni ma'lum bir burchak ostida tasvirlashi kerak. Ushbu muammolarni bartaraf etish uchun optik yondashuvlar ishlab chiqilgan bo'lib, sirtning barcha xususiyatlarini aks ettirish uchun faqat bitta kamera kerak bo'ladi.

234 (6)

Ushbu linzalar ob'ektiv ichidagi nurlar yo'liga qarab peritsentrik deb ataladi - diafragma shogirdi ob'ekt kosmosidan oldingi optik guruhning periferik zonasi atrofida harakatlanayotgandek ko'rinadi. Ob'ektning old yuzasi va uning atrofini tasvirga olish uchun ular faqat bitta kamerani talab qiladi. Ob'ektiv silindrsimon ob'ektni tasvirlashda bir vaqtning o'zida old yuzasi ham, silindr yuzasi ham tasvirlanadi.

Ko'pincha shisha butilkalar, alyuminiy idishlar va boshqa iste'mol mahsulotlarining qadoqlari kabi qismlarni tekshirish uchun ishlatiladigan ushbu yondashuvning afzalligi shundaki, ob'ektning barcha xususiyatlari bir xil ramkada tasvirlangan bo'lishi mumkin va kvartirani olish uchun bitta algoritm bilan qayta ishlanishi mumkin. silindrsimon yuzani aks ettirish.