Ống kính - Lens là gì?
Lens là ống kính gắn ngoài của camera, có thể tháo lắp, thay thế tùy thuộc vào mục đích sử dụng. Sự khác biệt trong mỗi bức hình phụ thuộc rất nhiều vào chủng loại lens và chất lượng lens.
Hình ảnh 1 số loại Lens- ống kính
Vậy có những loại lens nào thường được ứng dụng trong lĩnh vực xử lý ảnh công nghiệp, hãy cùng VSTech tìm hiểu ngay qua bài viết này nhé!
Mục đích cơ bản của bất kỳ loại Lens nào là thu thập ánh sáng bị phân tán bởi một vật thể và tạo lại hình ảnh của vật thể đó trên ‘cảm biến’ của camera (CCD hoặc CMOS). Để lựa chọn được 1 ống kính phù hợp với 1 ứng dụng xử lý ảnh công nghiệp thì chúng ta cần dựa vào các thông số như sau:
- Field of View (FoV): tổng diện tích được ống kính quan sát và chụp ảnh trên cảm biến camera.
Working distance (WD): Khoảng cách từ đối tượng đến lens cho hình ảnh sắc nét nhất.
Depth of Field (DoF): là vùng sắc nét nhất của khung hình và hình bên dưới là ảnh hưởng của khẩu độ và DoF.
MỘT SỐ LOẠI LENS THÔNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC MACHINE VISION
Varifocal lenses
Varifocal lenses (ống kính đa tiêu cự) là thấu kính có độ dài tiêu cự thay đổi (và do đó có thể điều chỉnh góc nhìn), có thể được điều chỉnh bằng cách di chuyển các nhóm thấu kính quang học với nhau bên trong lens. Độ dài tiêu cự thay đổi cho phép kết hợp nhiều khoảng cách làm việc và độ phóng đại, cung cấp một số cấu hình khác nhau với một lens duy nhất.
Sự tiện lợi của tiêu cự thay đổi đi kèm với sự phức tạp và một số ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh, trọng lượng, kích thước và khẩu độ. Varifocal lenses có thể bị mất độ phân giải hình ảnh ở khẩu độ tối đa của chúng. Hiệu ứng này thể hiện rõ ở các góc nhìn khi hiển thị ở định dạng lớn hoặc độ phân giải cao.
Fixed focal length lenses
Fixed focal length lenses là lens có tiêu cự cố định, có nghĩa là chúng thu thập các tia phân kỳ từ trục quang học. Fixed focal length lenses là ống kính quang học thường được sử dụng trong machine vision, là sản phẩm giá cả phải chăng và rất phù hợp cho các ứng dụng cơ bản.
Khi biết các thông số cơ bản - focal length và sensor size thì chúng ta sẽ dễ dàng tính toán FOV và working distance; tiêu cự có thể được điều chỉnh từ khoảng cách làm việc tối thiểu đến vô cùng; thường thì các thấu kính được điều khiển cơ học, cho phép bạn điều chỉnh lens theo cách thủ công về cường độ ánh sáng, độ sâu trường ảnh và độ phân giải.
Fixed focal length lenses rẻ tiền và linh hoạt, nhưng chúng không phù hợp cho các ứng dụng đo lường vì làm cong vênh biên dạng hình học và không lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu cài đặt rất nhất quán.
Telecentric lenses
Telecentric lenses là một loại lens đặc biệt được thiết kế để chỉ thu thập các chùm tia sáng chuẩn trực (tức là song song với trục quang học, xem hình), do đó loại bỏ các lỗi do các tia sáng không mong muốn tạo ra.
Vì chỉ nhìn thấy các tia song song với trục của lens nên độ phóng đại của Telecentric lens không phụ thuộc vào vị trí của vật thể. Tính năng độc đáo này làm cho Telecentric lens hoàn toàn phù hợp cho các ứng dụng đo lường. Do thiết kế của nó, thành phần phía trước của Telecentric lens ít nhất phải lớn bằng FOV mong muốn, làm cho các thấu kính này không đủ khả năng để chụp ảnh các vật thể lớn hơn kích thước lens.
Các hình vẽ bên dưới cho thấy sự khác biệt giữa Lens thông thường (entocentric) và telecentric lenses. Entocentric lenses là lens có tiêu cự không cố định, có nghĩa là chúng thu thập các tia sáng phân kỳ từ trục quang học. Điều này cho phép chúng bao phủ các FoV lớn nhưng vì độ phóng đại khác nhau ở các khoảng cách làm việc khác nhau, các lens này không phù hợp để đo kích thước thực của một vật thể.
Thiết kế của telecentric lens sao cho các vật có cùng kích thước ở khoảng cách khác nhau với lens cho hình ảnh giống nhau.
Với entocentric optics, các vật bằng nhau nhưng có working distance khác nhau thì cho ra hình ảnh khác nhau.
Một số mô hình Lens nâng cao góc chụp
Nhiều ứng dụng machine vision yêu cầu một góc nhìn toàn diện của bề mặt đối tượng, vì nhiều vị trí cần kiểm tra nằm ở góc khác chứ không phải ở trên cùng. Hầu hết các vật thể hình trụ như chai và hộp đựng, cũng như nhiều loại bộ phận cơ khí, đều yêu cầu kiểm tra bề mặt bên cạnh để phát hiện các vết xước và dị vật, để đọc mã vạch hoặc kiểm tra nhãn đã được in đúng hay không.
Trong những trường hợp này, cách phổ biến nhất là sử dụng nhiều camera (thường là 3 hoặc 4) để kiểm tra góc bên của sản phẩm, ngoài góc từ trên xuống. Giải pháp này, không chỉ làm tăng chi phí của hệ thống, mà các thiết bị điện tử hoặc phần mềm phải xử lý đồng thời nhiều hình ảnh từ các camera khác nhau.
Một giải pháp khác, các kỹ sư machine vision kiểm tra bề mặt bên ngoài bằng hệ thống line scan camera. Cách làm này cũng cho thấy nhiều nhược điểm về kỹ thuật và chi phí: phải xoay sản phẩm cần kiểm tra cũng ảnh hưởng đến tốc độ kiểm tra; hơn nữa, line scan camera yêu cầu hệ thống cấp sáng phải ổn định với cường độ sáng cao.
Loại Pericentric lens với thấu kính nằm trước lens
Loại lens có góc nhìn lớn bao gồm các giải pháp quang học khác nhau thu các tia phân kỳ từ vật thể, do đó không chỉ chụp ảnh bề mặt vật thể trước Lens mà còn cả bề mặt bên của vật thể (xem hình bên dưới).
Các hình ảnh sau đây minh họa nguyên lý hoạt động được áp dụng cho pericentric lens (PC), catadioptric lens (PCCD), thấu pinhole lens (PCHI) và boroscope lens (PCPB). Các giải pháp quang học có góc nhìn lớn khác kết hợp telecentric và gương, cho phép bạn xem toàn bộ mẫu chỉ với một camera (TCCAGE, PCPW và PCMP).
Mô hình PCCD và hình chụp.
Mô hình PCCD và hình chụp.
Mô hình PCHI và hình chụp.
Mô hình PCPB và hình chụp.
Mô hình TCCAGE và hình chụp
Mô hình PCPW và hình chụp.
Mô hình PCMP và hình chụp
Macro lenses
Macro lenses là ống kính có tiêu cự cố định có khoảng cách làm việc tương đương với tiêu cự của chúng. Do đó Macro lenses thường được mô tả bằng độ phóng đại của chúng.
Hình ảnh 1 loại Macro Lens
Vì Macro lenses được thiết kế đặc biệt để chụp ảnh FoV nhỏ và cố định, chúng có độ méo hình học cực thấp. Ví dụ, độ méo của ống kính dòng MC nằm trong khoảng từ <0,05% đến <0,01%.
Zoom lenses
Zoom lenses, còn được gọi là parfocal lenses, là một loại quang học đa tiêu cự đặc biệt, trong đó working distance được giữ không đổi khi thay đổi độ dài tiêu cự (nghĩa là tiêu điểm được duy trì trong suốt quá trình).
Zoom lenses thường được sử dụng để phóng lớn vật thể mà không ảnh hưởng đến working distance.
Kết luận
Lens trong xử lý ảnh công nghiệp cực kỳ quan trọng và gần như không thể thiếu, nếu bạn chọn đúng lens cho ứng dụng của mình thì hình ảnh thu được sẽ dễ sử lý hơn và thời gian hoàn thành dự án của bạn sẽ nhanh hơn.
MC&TT là nhà phân phối, cung cấp chuyên nghiệp các thiết bị, giải pháp, phần mềm phục vụ cho hệ thống thị giác máy công nghiệp đáng tin cậy, chúng tôi có kiến thức sâu rộng và nhiều năm kinh nghiệm làm việc trong lĩnh vực này. Nếu bạn có bất cứ thắc mắc nào cần tư vấn về Lens, hay liên lạc ngay với chúng tôi để được tư vấn giải đáp !