Null vinkelsynsfelt: eliminering av parallaksefeil
Konvensjonelle linser har vinklede synsfelt (AFOV) slik at når avstanden mellom linsen og objektet øker, reduseres forstørrelsen. Dette er hvordan menneskesyn oppfører seg og bidrar til vår dybdeoppfatning. Denne AFOV resulterer iparallakse, også kjent som perspektivfeil, som reduserer nøyaktigheten, ettersom den observerte målingen av synssystemet vil endres hvis objektet flyttes (selv når det forblir innenfor dybdeskarpheten [DOF]) på grunn av forstørrelsesendringen. Telesentriske linser eliminerer parallaksefeilkarakteristikken til konvensjonelle linser ved å ha en konstant, ikke-vinkel FOV; uansett avstand fra linsen vil en telesentrisk linse alltid ha samme FOV. SeFigur 1for forskjellen mellom en ikke-telesentrisk og en telesentrisk FOV.
Et telesentrisk objektivs konstante FOV har både fordeler og begrensninger for måleapplikasjoner. Den primære fordelen med en telesentrisk linse er at forstørrelsen ikke endres med hensyn til dybden.Figur 2viser to forskjellige objekter med forskjellige arbeidsavstander (WD), avbildet både av en fast brennvidde (ikke-telesentrisk) linse (senter) og en telesentrisk linse (høyre). Merk at på bildet tatt med en telesentrisk linse er det umulig å si hvilket objekt som er foran den andre. Med objektivet med fast brennvidde er det ganske åpenbart at objektet som virker mindre er plassert lenger fra objektivet.
Samtidig somFigur 2er drastisk når det gjelder et WD-skift, illustrerer det viktigheten av å minimere parallaksefeil. Mange automatiserte inspeksjonsoppgaver er bildeobjekter som beveger seg gjennom FOV-en til et bildesystem, og posisjonen til deler er sjelden perfekt repeterbar. Hvis WD ikke er identisk for hvert objekt som linsen avbilder, vil målingen av hvert objekt variere på grunn av forstørrelsesforskyvningen (se Oppløsning for å lære mer om forstørrelse og hvordan den defineres). Et maskinsynssystem som gir forskjellige resultater basert på en forstørrelseskalibreringsfeil (som er uunngåelig med en objektiv med fast brennvidde) er en ikke-pålitelig løsning og kan ikke brukes når høy presisjon er nødvendig. Telesentriske linser eliminerer bekymringen for målefeil som ellers ville oppstå på grunn av faktorer som en vibrerende transportør eller unøyaktig plassering av deler.
Telesentriske linser og dybdeskarphet
Det er en vanlig misforståelse at telesentriske linser iboende har en større DOF enn konvensjonelle linser. Mens DOF fortsatt til syvende og sist styres av bølgelengden og f/# til objektivet, er det sant at telesentriske objektiver kan ha en større brukbar DOF enn konvensjonelle objektiver på grunn av den symmetriske uskarpheten på hver side av best fokus. Når delen under inspeksjon skifter mot eller bort fra linsen, vil den følge AFOV (eller hovedstrålen) som er knyttet til den. I en ikke-telesentrisk linse, når et objekt flyttes inn og ut av fokus, blir delen uskarp asymmetrisk på grunn av parallakse og forstørrelsesendringen som er forbundet med dens AFOV. Telesentriske linser blir imidlertid uskarpe symmetrisk siden det ikke er noen vinkelkomponent til FOV. I praksis betyr dette at funksjoner som kanter beholder sin plassering av massesenteret; en nøyaktig måling kan fortsatt gjøres når objektet er utenfor beste fokus så lenge kontrasten forblir høy nok til at algoritmen som brukes av maskinsynssystemet fungerer som den skal.
Selv om det kan virke motintuitivt, kan uskarphet med fordel brukes i visse applikasjoner med telesentriske linser. For eksempel, hvis et maskinsynssystem trenger å finne senterplasseringen til en pinne, som vist iFigur 3a, overgangen fra hvit til svart er ganske skarp når objektivet er i fokus. IFigur 3b, vises den samme pinnen litt ufokusert.
Ser på et plott av bildets grånivåer fra en linjeprofil tatt over kanten av delen, som iFigur 4, er helningen på linjen mye grunnere for det litt ufokuserte bildet, siden nålekanten er spredt over flere piksler. På grunn av den symmetriske uskarpheten til den telesentriske linsen, er denne uskarphet fortsatt brukbar siden tyngdepunktet ikke har beveget seg og mengden av subpikselinterpolering som er nødvendig er redusert. Dette reduserer følsomheten for grånivåsvingninger forårsaket av sensorstøy, og gjør at pinsenterets plassering blir funnet mer pålitelig og med høyere repeterbarhet.