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Ópticas de Visión Artificial, Eligiendo la Óptica Correcta Para tu Aplicación

En la Parte 1 y la Parte 2 de esta serie de blogs sobre óptica de visión artificial, cubrimos una variedad de parámetros que contribuyen a la calidad general de la imagen. También echamos un vistazo fundamental a los gráficos MTF y cómo funcionan, y cubrimos las aberraciones y la distorsión en las lentes de visión artificial.

En el blog de esta semana, pondremos todo lo que hemos considerado hasta ahora en el proceso de toma de decisiones, proporcionándote las herramientas y el conocimiento para decidir con seguridad qué óptica necesitarás para tu aplicación de visión artificial.

La siguiente guía funcionará partiendo de la base de que ya hayas decidido o comprado tu cámara y los componentes de iluminación.

Computar ofrece una amplia gama de ópticas de visión artificial de alta calidad, disponibles en una amplia variedad de longitudes focales y resoluciones.

¿Qué hace que una óptica sea perfecta?

Hay varias variables que diferencian a las ópticas y deberás tomar decisiones sobre todas ellas para tu sistema de visión. Las dos más fundamentales de estas variables son la distancia focal y la apertura máxima.

La distancia focal determinará la ampliación de la imagen proyectada en el plano de la imagen y la apertura determinará la cantidad de luz que pasa al sensor.

La distancia focal también determinará el ángulo de visión, con distancias focales cortas que permiten campos de visión más amplios y distancias focales más largas que permiten un campo de visión más estrecho.

En última instancia, la relación entre la distancia focal de una lente y el tamaño del sensor determinará el ángulo de visión del sistema de visión. Para una lente determinada, cuanto mayor sea el tamaño del sensor de la cámara, más amplio será el campo de visión.

Para un tamaño de sensor determinado, habrá ópticas normales, de gran angular y de enfoque largo (como telefoto). Una vez que sepa el tamaño de su sensor y el ángulo de visión requerido, puede usar esa información para calcular la distancia focal de la óptica ideal.

La apertura de la lente (aperturas más amplias con un número f más pequeño que las más estrechas) también tendrá una relación con la velocidad de obturación de la cámara. Cuanto más rápida sea la velocidad del obturador, menor será el tiempo de exposición, por lo que menor será el número f (apertura más amplia) que necesitarás para capturar una buena imagen.

¿Cuál es mi aplicación de visión artificial?

Hay varias preguntas que deberás responder antes de saber qué óptica seleccionar. Cualquiera que sea tu sector, ya sea automoción, industrial, packaging, o producción de alimentos y bebidas, deberás aplicar las siguientes preguntas a su aplicación planificada:

¿Cuál es el campo de visión (FoV) en milímetros (mm)?

¿Cuál es la distancia de trabajo (WD) en milímetros (mm)?

¿Cuál es el tamaño del sensor de la cámara en milímetros (mm)?

¿Qué longitudes de onda vas a usar en nanómetros (nm)?

¿Qué tamaño de píxel emplearás en micrómetros (μm)?

Estos son los puntos iniciales que debes conocer para calcular el tipo de óptica que necesitarás. El éxito o el fracaso del proyecto puede depender de la precisión de estos elementos clave, así que asegúrate de prepararte rigurosamente; serás recompensado cuando la óptica proporcione imágenes nítidas y de alta resolución.

Tamaño de sensor

El formato y la resolución del sensor son componentes básicos para calcular la óptica ideal. A menudo medidos en diagonal en pulgadas, estos formatos de sensor requerirán diferentes ópticas para iluminarlos de manera óptima.

Formatos de sensor común para cámaras de visión artificial

¿Qué longitud focal necesito?

Para calcular la distancia focal de la óptica, necesitarás conocer la distancia de trabajo, el campo de visión y el tamaño del sensor. A continuación, puedes introducir estas cifras en la siguiente fórmula: 

¡Mi longitud focal ideal no existe!

Algo importante a tener en cuenta es que este cálculo puede darte un número que no coincide con una opción de distancia focal existente.

Por ejemplo, supongamos que tienes una distancia de trabajo de 300 mm, el tamaño del objeto es de 100 mm de ancho por 75 mm de alto y el tamaño del sensor es de 2/3 ".

WD 300mm, Anchura objeto 100mm, Altura objeto 75mm, tamaño sensor 2/3”.

Al insertar estos números en nuestra fórmula nos da una distancia focal ideal de 26,4mm.

Después de chequear las ópticas disponibles, lo más probable es que no encuentres una lente que exista con una distancia focal de 26,4 mm. Por lo general, están disponibles en estándares comunes, con algunas variaciones según el fabricante. VST, por ejemplo, ofrece lentes en distancias focales de 3,5 mm, 4,5 mm, 6 mm, 8 mm, 12 mm, 16 mm, 25 mm, 35 mm, 50 mm, 75 mm y 100 mm. La mayoría de los fabricantes se adherirán aproximadamente a estos incrementos, y dado que 25 mm es la opción más cercana a nuestro ejemplo anterior, esta es probablemente la mejor opción de distancia focal en este escenario.

Tamaño de píxel para ópticas de visión artificial

La mayoría de las ópticas ofrecen un tamaño de píxel y un ancho de banda de longitud de onda óptimos para trabajar. Por lo general, las lentes funcionan dentro del espectro de luz visible a menos que se especifiquen como infrarrojo cercano (NIR) o infrarrojo de onda corta (SWIR).

Es de suma importancia que la resolución de la óptica tenga sentido para el nivel de detalle requerido para la aplicación. También es igualmente importante utilizar un sensor con una resolución y tamaño de píxel adecuados para resolver los detalles requeridos en la aplicación.

Recomendamos encarecidamente que eches un vistazo a los gráficos MTF para las ópticas que estés considerando, ya que esta es la mejor manera de averiguar si te proporcionarán el nivel de contraste y detalle que necesitas. Si no estás seguro acerca de los gráficos MTF, asegúrate de consultar nuestra publicación en el blog en el cual se explica cómo funcionan.

Lentes VST representadas por tamaño de sensor y tamaño de píxel.

Nuestra gama de ópticas se adaptará a un amplio espectro de aplicaciones, y también ofrecemos una amplia variedad de filtros ópticos de alta calidad para que pueda personalizar su elección de componentes ópticos para que coincidan con las especificaciones de su sistema de visión particular.

Tipos de Montura de Óptica Explicados

Los tres tipos más comunes de monturas de ópticas son la montura C, la montura S y la montura CS.

Ópticas con Rosca C.

El tipo de montura de óptica más común en visión artificial. Con un diámetro interior de 25,4 mm, un paso de rosca de 0,794 mm y una distancia focal trasera de 17,526 mm, se benefician de la más amplia selección de accesorios y compatibilidad.


 

Óptica M118, con rosca C de Tamron

Ópticas con Rosca CS

Es un tipo de montura de óptica un poco menos común, pero aún se usa con suficiente frecuencia en visión artificial. La diferencia clave aquí es la distancia focal trasera más corta, por lo que es posible que necesites un adaptador si usas una cámara adecuada para lentes con montura C. Las medidas son las siguientes: diámetro interior 25,4 mm, paso del tornillo 0,794 mm y distancia focal trasera de 12,5 mm.

Montura S

Este es un tipo de montura de óptica más raro, adecuado para configuraciones de lentes muy pequeñas y, a menudo, se usa junto con cámaras compactas para sistemas de visión de pequeño tamaño, como con cámaras de nivel de placa.

Ayudándote a Tomar la Decisión Correcta Para tu Sistema de Visión

Con este post concluye esta serie de blogs sobre ópticas de visión artificial. La semana que viene nos embarcaremos en una nueva serie de blogs sobre Deep Learning para visión artificial, así que no olvides suscribirse si aún no lo has hecho.

Ya sea que seas un OEM, un integrador de sistemas, un ingeniero o incluso un usuario final, asegúrate de consultar nuestra gran variedad de productos de visión artificial para encontrar los mejores componentes de visión artificial del mercado.

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