В предыдущей статье Вы уже определились с параметрами промышленной камеры, которая подходит для решения Вашей задачи. Настало время выбрать для нее объектив. Они различаются не только типом, разрешающей способностью, углом зрения и размерами, но и конструкцией. Кроме того следует обратить внимание на оптическое разрешение и спектральную пропускную способность объектива.
#1 Какие типы объективов существуют?
Объектив может быть обычным, с разным фокусным расстоянием: широкоугольным, макрообъективом, с переменным или фиксированным фокусным расстоянием, телецентрическим, специальным для «заглядывания» в трубу (эндоскопическим) или для 360° охвата. Кроме того, существуют специальные объективы для съемки в ближнем инфракрасном диапазоне — спектральная пропускная способность объектива.
В классической фотографии часто используются объективы с переменным фокусным расстоянием (вариофокальные или зум-объективы), с помощью которых можно приближать и отдалять "картинку" (вручную или автоматически - с помощью моторизированного привода). В большинстве случаев в системах машинного зрения используются объективы с фиксированным фокусным расстоянием, ведь они дают меньшие оптические искажения и имеют лучшее пространственное разрешение, что позволяет производить измерения параметров с более высокой точностью. Кроме того, при разработке система настраивается под конкретный процесс и в изменении фокусного расстояния чаще всего нет необходимости. Вариофокальный объектив может быть полезен при разработке системы высококачественного видеонаблюдения на базе машинного зрения, когда обычная IP-камера не может обеспечить требуемое качество изображения.
В данной статье речь пойдет об обычных объективах, поскольку именно они чаще всего применяются в системах машинного зрения.
Объективы с фиксированным фокусным расстоянием:
- Обычные:
○ Широкоугольные — до 8 мм;
○ Нормальные — от 8 до 100 мм;
○ Телеобъективы — свыше 100 мм.
Такие объективы подобны зрачку человеческого глаза: удаленные объекты кажутся меньшими по размеру, тогда как приближенные — более крупными.
- Специальные:
○ Макрообъективы — для захвата изображения с малого расстояния. Коэффициент усиления данного объектива больше 1;
-
○ Эндоскопические — объектив, имеющий малое фокусное расстояние (от 3 до 20 мм) и угол зрения от 50 до 135°, а иногда и более;
○ 360° оптика — позволяет осуществлять полную проверку объекта с использованием как можно меньшего количества камер. Например, с помощью 360° объектива достаточно получить одно изображение для обзора верхней и боковой части объекта или внутренней части полости; 
○ Телецентрический объектив — объектив, в котором отсутствуют перспективные искажения и дифракция. Это позволяет производить измерения геометрии объектов с высокой точностью.
#2 Размер сенсора
| Существует термин «поле изображения объектива», который означает площадь, на которую падает свет, проходящий через объектив. Информативным параметром «поля изображения объектива» является его диаметр, который, так же как и формат сенсора камеры (d), указывается в дюймах. |
|
При неправильном подборе оптики возможно «виньетирование» изображения — явление частичного затемнения углов изображения. Такой эффект может возникнуть, если диагональ сенсора камеры окажется больше диаметра поля изображения объектива.
|
|
В идеальном случае объектив 1/3" с креплением C-Mount (о креплении Вы узнаете в следующем пункте) следует устанавливать на камеру с сенсором формата 1/3". В этом случае достигается оптимальное использование поля изображения. Если тот же объектив установить на камеру с диаметром сенсора 1/2", то возникнет виньетирование.
Запомните! Диаметр поля изображения должен соответствовать диагонали сенсора или превышать его!
#3 Чем отличаются крепления?
Соединение между корпусом камеры и объектива называется байонетом. Байонеты соответствуют определенному стандарту и маркируются по типу резьбового соединения на стороне камеры.
| Крепление объектива | S-Mount | CS-Mount | C-Mount | M42×1 | F-Mount |
| Размер сенсора камеры | От 1/6" до 1/2.5" | От 1/2", 1/3" и меньше | 1/2", 2/3" и 1" | 13/8" и меньше | |
| Тип камеры | Матричная | Матричная | Матричная, линейная | Линейная | |
| Возможность установки на камеру с резьбой CS-Mount | Необходимо переходное кольцо | Да | Необходимо переходное кольцо | Нет | |
| Стоимость | $ | $$ | $$$ | $$ | $$ |
#4 О чем говорит разрешающая способность объектива?
Выбор объектива VS Technology
Объектив должен обладать достаточной разрешающей способностью, соответствующей размерам пикселя матрицы. Разрешающая способность объектива указывается в парах линий на миллиметр и определяет, сколько линий можно четко различить в одном миллиметре. Чем больше пар линий различимо, тем выше разрешающая способность объектива.
Зная число пар линий на миллиметр N у объектива (указывается в технической документации), можно определить размер пикселя объектива X × X [мкм×мкм]. Для этого воспользуйтесь формулой:
Полученное значение необходимо сравнить с размером пикселя матрицы камеры, которая была выбрана ранее.
Запомните! Размер пикселя объектива должен быть меньше либо равен размеру пикселя матрицы!
#5 Объектив с каким фокусным расстоянием выбрать?
Фокусным расстоянием называется расстояние между оптическим центром объектива и матрицей. Все проходящие лучи света, параллельные оптической оси, пересекаются в точке фокусировки. Таким образом, фокусное расстояние f объектива зависит от преломляющей способности установленных в нем линз и выражается в миллиметрах.
Стоит заметить, что чем меньше фокусное расстояние, тем больше угол обзора, больше оптические искажения и меньше рабочее расстояние.
Фокусное расстояние определяется шириной сенсора, параметрами объекта и рабочим расстоянием. У каждого объектива существует минимальное рабочее расстояние (указывается в характеристиках), которое необходимо учитывать при проектировании системы. Для того чтобы Вам было проще рассчитать фокусное расстояние для Вашей системы, мы предлагаем воспользоваться онлайн-калькулятором.
#6 Что такое диафрагма, и на что она влияет?
Объективы бывают с фиксированной диафрагмой и с регулируемой (в ручную или автоматически).
Выбор значения диафрагмы объектива (аппертуры) непосредственно влияет на качество и яркость изображения. Число F (или деление диафрагмы) представляет собой отношение фокусного расстояния к диаметру отверстия объектива и определяет, насколько раскрыта диафрагма. Чем меньше аппертура F, тем больше открыта диафрагма и тем больше светосила.
Высокое число F означает, что диафрагма раскрыта мало, то есть на сенсор попадает мало света. Если же диафрагма раскрыта широко, то на сенсор попадает больше света, а значит, для получения качественного изображения потребуется меньше дополнительных источников света.
Следовательно, в условиях недостаточной освещенности съемку следует вести с широко раскрытой диафрагмой. Однако при малом раскрытии диафрагмы уменьшаются нежелательные явления, такие как виньетирование и другие аберрации, а также увеличивается глубина резко изображаемого пространства(❓).
Подведем итог
Основываясь на данной статье, Вы можете с помощью фильтра в каталоге определить какие объективы подходят для Вашей камеры.
После подбора оптики проконтролируйте себя и ответьте на следующие вопросы:
- Крепление объектива совпадает с креплением камеры? Если нет, то имеется ли возможность использовать переходное кольцо?
- Рассчитанное фокусное расстояние совпадает с фокусным расстоянием, которое обеспечивает выбранный объектив?
- Можно ли использовать выбранный объектив для Вашего рабочего расстояния?
- Диаметр поля изображения объектива соответствует диаметру сенсора выбранной камеры?
Если Вы получили 4 утвердительных ответа, то мы Вас поздравляем! Вы абсолютно верно подобрали объектив для проектируемой системы машинного зрения.