Campo visivo angolare zero: eliminazione dell'errore di parallasse
Le lenti convenzionali hanno campi visivi angolari (AFOV) tali che all'aumentare della distanza tra la lente e l'oggetto, l'ingrandimento diminuisce. È così che si comporta la vista umana e contribuisce alla nostra percezione della profondità. Questo AFOV si traduce inparallasse, noto anche come errore di prospettiva, che diminuisce la precisione, poiché la misurazione osservata del sistema di visione cambierà se l'oggetto viene spostato (anche quando rimane entro la profondità di campo [DOF]) a causa del cambiamento di ingrandimento. Le lenti telecentriche eliminano l'errore di parallasse caratteristico delle lenti convenzionali avendo un FOV costante e non angolare; a qualsiasi distanza dalla lente, una lente telecentrica avrà sempre lo stesso FOV. VedereFigura 1per la differenza tra un campo visivo non telecentrico e uno telecentrico.
Il FOV costante di una lente telecentrica presenta sia vantaggi che limiti per le applicazioni di misurazione. Il vantaggio principale di una lente telecentrica è che il suo ingrandimento non cambia rispetto alla profondità.figura 2mostra due oggetti diversi a diverse distanze di lavoro (WD), ripresi sia da un obiettivo a lunghezza focale fissa (non telecentrico) (al centro) sia da un obiettivo telecentrico (a destra). Nota che nell'immagine scattata con un obiettivo telecentrico, è impossibile dire quale oggetto si trovi di fronte all'altro. Con l'obiettivo a lunghezza focale fissa, è abbastanza ovvio che l'oggetto che appare più piccolo è posizionato più lontano dall'obiettivo.
Mentrefigura 2è drastico in termini di spostamento WD, illustra l'importanza di ridurre al minimo l'errore di parallasse. Molte attività di ispezione automatizzate stanno riprendendo oggetti che si muovono attraverso il FOV di un sistema di imaging e la posizione delle parti è raramente perfettamente ripetibile. Se il WD non è identico per ogni oggetto che l'obiettivo sta riprendendo, la misurazione di ogni oggetto varierà a causa dello spostamento di ingrandimento (vedere Risoluzione per saperne di più sull'ingrandimento e su come viene definito). Un sistema di visione artificiale che produce risultati diversi in base a un errore di calibrazione dell'ingrandimento (che è inevitabile con un obiettivo a lunghezza focale fissa) è una soluzione non affidabile e non può essere utilizzato quando è necessaria un'elevata precisione. Gli obiettivi telecentrici eliminano la preoccupazione per gli errori di misurazione che altrimenti si verificherebbero a causa di fattori quali un trasportatore vibrante o posizioni imprecise delle parti.
Lenti telecentriche e profondità di campo
È un luogo comune pensare che le lenti telecentriche abbiano intrinsecamente una DOF maggiore rispetto alle lenti convenzionali. Mentre la DOF è ancora in ultima analisi regolata dalla lunghezza d'onda e f/# della lente, è vero che le lenti telecentriche possono avere una DOF utilizzabile maggiore rispetto alle lenti convenzionali a causa della sfocatura simmetrica su entrambi i lati della messa a fuoco migliore. Quando la parte sottoposta a ispezione si sposta verso o lontano dalla lente, seguirà l'AFOV (o raggio principale) ad essa associato. In una lente non telecentrica, quando un oggetto viene spostato dentro e fuori dalla messa a fuoco, la parte si sfoca in modo asimmetrico a causa della parallasse e del cambiamento di ingrandimento associato al suo AFOV. Le lenti telecentriche, tuttavia, si sfocano in modo simmetrico poiché non c'è una componente angolare nel FOV. In pratica, ciò significa che caratteristiche come i bordi mantengono la loro posizione del centro di massa; è ancora possibile effettuare una misurazione accurata quando l'oggetto è oltre la messa a fuoco migliore, purché il contrasto rimanga sufficientemente alto affinché l'algoritmo utilizzato dal sistema di visione artificiale funzioni correttamente.
Sebbene possa sembrare controintuitivo, la sfocatura può essere utilizzata vantaggiosamente in alcune applicazioni con lenti telecentriche. Ad esempio, se un sistema di visione artificiale deve trovare la posizione centrale di un perno, come mostrato inFigura 3a, la transizione dal bianco al nero è piuttosto netta quando l'obiettivo è a fuoco. InFigura 3b, lo stesso pin è mostrato leggermente sfocato.
Osservando un grafico dei livelli di grigio dell'immagine da un profilo di linea preso attraverso il bordo della parte, come inFigura 4, la pendenza della linea è molto più bassa per l'immagine leggermente sfocata, poiché il bordo del pin è distribuito su più pixel. Grazie alla sfocatura simmetrica dell'obiettivo telecentrico, questa sfocatura è ancora utilizzabile poiché il centroide non si è spostato e la quantità di interpolazione sub-pixel necessaria è diminuita. Ciò riduce la sensibilità alle fluttuazioni del livello di grigio causate dal rumore del sensore e consente di trovare la posizione del centro del pin in modo più affidabile e con una maggiore ripetibilità.