-
- Tổng tiền thanh toán:
Tính toán, lựa chọn Ống kính (Lens) cho Camera công nghiệp
Camera công nghiệp là thành phần quan trọng trong hệ thống thị giác máy. Chức năng chính của Ống kính - Lens là tập trung các hình ảnh quang học được nhắm mục tiêu lên bề mặt ảnh của cảm biến hình ảnh (máy ảnh công nghiệp). Tất cả thông tin hình ảnh của quá trình xử lý hệ thống thị giác có thể được lấy từ ống kính của máy ảnh công nghiệp. Chất lượng ống kính của camera công nghiệp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến toàn bộ hoạt động của hệ thống hình ảnh. Do đó, việc lựa chọn Lens cho camera công nghiệp rất quan trọng. Lựa chọn Lens đòi hỏi khá nhiều yếu tố, chúng ta có thể dựa vào các yếu tố cơ bản sau khi lựa chọn Lens cho camera công nghiệp.
Tiêu cự là gì?
Tiêu cự (Focal length) là một trong những giá trị chính của ống kính camera. Các nhà sản xuất thường cho nó tính bằng milimét (mm).
Tiêu cự mô tả khoảng cách giữa tiêu điểm chính phía sau và cảm biến - nói cách khác, đó là khoảng không gian bắt đầu từ tâm thấu kính, đến điểm mà các tia sáng hội tụ tại tiêu điểm (để tạo thành hình ảnh sắc nét trên bề mặt của cảm biến kỹ thuật số hoặc phim 35mm).
Tiêu cự chỉ có thể được xác định khi ống kính được lấy nét ở vô cực
Tính toán, lựa chọn Camera công nghiệp và tiêu cự ống kính (Lens)
3 thông số quyết định việc bạn chọn được 1 camera và 1 Len phù hợp với ứng dụng của mình
- Field of view (FoV): diện tích kiểm tra mà các camera cần quan sát được.
- Working distance (WD): khoảng cách từ mặt trước của Len đến nền đối tượng
- Smallest feature (SF): kích thước của đối tượng nhỏ nhất mà bạn muốn phát hiện trong ảnh, kích thước này được đại diện bởi khoảng cách giữa 2 điểm ảnh.
Lựa chọn Camera công nghiệp
Thực hiện theo hai bước chính để chọn độ phân giải camera cần thiết tối thiểu và xác định độ dài tiêu cự chính xác cho ứng dụng của bạn.
Tính toán độ phân giải cảm biến tối thiểu: Biết FoV và SF
Chọn máy ảnh: Sau khi chọn máy ảnh, bạn có thể sử dụng kích thước cảm biến để tính tiêu cự.
- Tính toán Độ phân giải cảm biến
Độ phân giải của hình ảnh là số pixel trong hình ảnh. Đây là hai chiều; ví dụ 640X480. Việc tính toán có thể được thực hiện cho từng chiều riêng biệt; nhưng, để đơn giản, điều này thường được giảm xuống một chiều.
Để thực hiện phép đo chính xác trên hình ảnh, bạn cần sử dụng tối thiểu hai pixel cho mỗi điểm nhỏ nhất mà bạn muốn phát hiện. Để thực hiện tính toán cho độ phân giải cảm biến tối thiểu, hãy nhân hai (pixel/đối tượng nhỏ nhất) với kích thước (theo đơn vị trong thế giới thực) của FoV chia cho kích thước của đối tượng nhỏ nhất như được hiển thị trong phương trình sau:
Ví dụ 1: FOV = 100mm và yêu cầu sai số là < 1mm nên chọn SF = 1mm. Theo phương trình, độ phân giải cảm biến tối thiểu cần thiết là 200 pixel. Máy ảnh có độ phân giải 640x480 sẽ hoạt động vì 200 nhỏ hơn kích thước nhỏ nhất là 480.
Ví dụ 2: FOV = 500mmX600mm và SF = 2mm. Người ta thường cho rằng SF có hình tròn với đường kính 2mm này. Theo phương trình, độ phân giải cảm biến tối thiểu là 500X600. Cảm biến 640X480 sẽ không đủ. Độ phân giải cảm biến 1024x768 hoặc 1280x1024 sẽ phù hợp hơn trong trường hợp này.
Lựa chọn Ống kính - Lens
- Kích thước cảm biến - Sensor Size
Kích thước cảm biến đề cập đến kích thước vật lý của cảm biến và thường không được ghi chú trên bảng thông số kỹ thuật. Định dạng và độ phân giải của cảm biến là nền tảng cốt lõi để tính toán ống kính lý tưởng của bạn. Thường được đo theo đường chéo bằng inch, cách tốt nhất để xác định kích thước cảm biến là nhìn vào kích thước pixel trên cảm biến và nhân với độ phân giải.
Ví dụ 3: Camera iRayple AE5137MG010E có pixel size là 4.0 μm × 4.0 μm và độ phân giải là 1280 × 1024 pixel. Kích thước cảm biến khi đó là (4.0 μm x 1280) x (4.0 μm x 1024) = 5,12 x 4,096 mm.
- Sensor Format
Sensor Format đề cập đến kích thước vật lý của cảm biến nhưng không phụ thuộc vào kích thước pixel. Thông số kỹ thuật này được sử dụng để xác định loại ống kính mà máy ảnh tương thích. Để ống kính tương thích với máy ảnh, định dạng của ống kính cần phải lớn hơn hoặc bằng định dạng cảm biến. Nếu sử dụng ống kính có định dạng nhỏ hơn, hình ảnh sẽ bị mờ nét ảnh; điều này làm cho các vùng của cảm biến bên ngoài vùng định dạng ống kính bị tối.
Các định dạng cảm biến phổ biến cho camera thị giác máy
- Tiêu cự - Focal Length
Thông thường, ống kính có tiêu cự cố định. Ngoài ra, thông thường khoảng cách làm việc rất linh hoạt, do đó, để tính toán đơn giản, hãy bắt đầu bằng tỷ lệ giữa khoảng cách làm việc và tiêu cự. Điều này sẽ cho phép bạn sử dụng tiêu cự ống kính cụ thể để xác định khoảng cách làm việc cần thiết. Nếu khoảng cách làm việc bị giới hạn thì bằng cách đảo ngược tỷ lệ này, chúng ta sẽ có được tỷ lệ giữa tiêu cự và khoảng cách làm việc. Điều này sẽ cho phép bạn sử dụng nhiều tùy chọn khoảng cách làm việc để có được phạm vi độ dài tiêu cự. Sau đó, khi ống kính được chọn, bạn có thể tính toán lại khoảng cách làm việc chính xác cần thiết.
Ví dụ 4:
FOV = 508mm x 381mm, Sensor Size = 8,47mm (đường chéo), khoảng cách làm việc WD = 500mm. Suy ra FL= (8,47 x 500)/381= 11.11mm. Do đó độ dài tiêu cự 12mm sẽ phù hợp. Đảo ngược phép tính sẽ cho khoảng cách làm việc cần thiết là khoảng 540mm.
Ví dụ 5:
FOV = 609,6mm x 609,6mm, Sensor Size = 12,7mm (đường chéo) và WD = 1016mm. Để giải chính xác độ dài tiêu cự, bạn cần biết tỷ lệ khung hình của cảm biến. Nếu không cần thiết phải chính xác thì đường chéo sẽ làm được. FL = (12,7X1016)/609,6 = 21,2mm. Đây không phải là tiêu cự ống kính thông thường nên cần phải điều chỉnh khoảng cách làm việc hoặc cần phải sử dụng một ống kính có thể thay đổi tiêu cự.
Ống kính được sản xuất với số lượng tiêu cự tiêu chuẩn hạn chế. Tiêu cự ống kính phổ biến bao gồm 6 mm, 8 mm, 12,5 mm, 25 mm và 50 mm. Khi bạn chọn một ống kính có tiêu cự gần nhất với tiêu cự mà hệ thống hình ảnh yêu cầu, bạn cần điều chỉnh khoảng cách làm việc để lấy nét đối tượng đang được kiểm tra.
Ngoài ra, còn các yếu tố khác cần xem xét khi lựa chọn lens cho camera công nghiệp
- Đối tượng (Object): Đối tượng cần kiểm tra hoặc phân tích.
- Ứng dụng (Applications): Loại ứng dụng, ví dụ như nhận dạng ký tự quang học (OCR).
- Khoảng cách giữa đối tượng và cảm biến (Space): Khoảng cách giữa đối tượng và cảm biến.
- Độ sâu trường ảnh (Depth of Field - DoF): Là vùng sắc nét nhất của khung hình và chịu ảnh hưởng bởi khẩu độ (aperture) và tiêu cự (focal length).
- Ánh sáng chiếu sáng (Illuminations): Loại nguồn sáng và phương pháp chiếu sáng.
- Môi trường (Environment): Yếu tố như rung động, va đập, ánh sáng không cần thiết, bụi bẩn, nước, nhiệt độ, độ ẩm.
Lens là một yếu tố quan trọng trong hệ thống machine vision. Việc chọn đúng loại lens cho ứng dụng của bạn có thể cải thiện chất lượng hình ảnh và hiệu suất của hệ thống. Cần xem xét các thông số kỹ thuật như FoV, WD, và DoF để đảm bảo lựa chọn lens phù hợp.