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Ópticas de Visión Artificial: Gráficas MTF y Curvas

En la Parte 1 y la Parte 2 de esta serie de blogs sobre ópticas de visión artificial, cubrimos una variedad de parámetros que contribuyen a la calidad general de la imagen.

En el blog de esta semana continuaremos con las ópticas de visión artificial, explorando la teoría y proporcionándote las herramientas para elegir la lente adecuada en tu sistema de visión artificial.

MTF: Dato Óptico a Considerar

Al elegir una cámara, el estándar EMVA 1288 nos proporciona un grupo útil de parámetros para ayudarnos a seleccionar la cámara adecuada en función de la aplicación. En cambio, no existe tal estándar para la selección de ópticas. Sin embargo, existen opciones para evaluar el rendimiento potencial de una lente de visión artificial determinada.

La función de transferencia de modulación, o MTF (Modulation Transfer Function), es un cálculo del rendimiento óptico potencial de una lente. Los gráficos MTF pueden proporcionar una mejor comprensión del tipo de calidad óptica que se espera de diferentes tipos de lente, y además son referencias de vital importancia para estudiar, comparar y tomar una decisión al seleccionar una lente.

La MTF combina la respuesta de un componente o de un sistema completo de visión en la frecuencia espacial, midiéndose junto con el contraste, proporcionando así datos que representan la calidad de imagen a una frecuencia espacial determinada.

¿Qué Factores Afectan al MTF?

Los tres factores más importantes que afecta a la MTF son: la óptica, la cámara y la iluminación. La óptica será la que mayor impacto tenga en la consecución de la mejor imagen posible (y viceversa). De igual modo, tener una buena iluminación nos dará los mejores resultados ópticos.

Es importante asegurarnos de que elegimos materiales de la mejor calidad para estos tres componentes con el fin de asegurar el mejor rendimiento final del sistema.

Si bien los cables, los frame grabbers, los filtros y cualquier otro componente de su sistema de visión artificial tendrán un efecto marginal en la MTF del sistema, vale la pena asegurarse de que sean piezas de alta calidad para contribuir a la durabilidad general del sistema y su protección para el futuro.

Los parámetros ópticos, como la distancia de trabajo (WD), así como la longitud de onda, el número F # y las aberraciones, afectan a la MTF, por lo que es importante ser lo más detallado posible y mantener el control de estos factores.

Qué es la MTF?

MTF se puede considerar como la respuesta a un patrón de onda alterna (sinusoidal) periódica. Es fundamentalmente una forma de medir la calidad de la transmisión de luz a través de la óptica. Si la lente es de más calidad, entonces la transferencia de luz es mejor y las áreas más pequeñas de contraste se pueden ver más fácilmente.

Siemens Stars, All + Enhanced, Landscape, compressed

Las cartas Siemens Star se utilizan con frecuencia para probar la calidad de imagen de lentes, sensores, impresoras y pantallas.

Un claro ejemplo de esto está en las imágenes de arriba. La estrella de Siemens en las imágenes "A", "B" y "C" consta de radios claros y oscuros que se encogen de tamaño a medida que se acercan al centro de la imagen. Hay muchos más detalles presentes en "A" que en "B" y "C", porque la lente utilizada para capturar "A" puede resolver un área más pequeña.

En "A", el contraste es mucho mejor incluso en las áreas de detalle más pequeñas. Con frecuencia, la MTF se especifica en pares de líneas por milímetro (lp / mm); esta es la frecuencia de las áreas de contraste resolubles más pequeñas, por ejemplo, líneas blancas y negras, en el espacio de un milímetro.

Un valor más alto de lp / mm equivale a un mayor nivel de detalle, contraste y nitidez resuelto por la lente. Cuanto mayor sea este valor, mayor será la calidad de la lente.

Debido a la física de cómo se transmite la luz a través de una lente, la MTF será diferente en el centro en comparación con las áreas externas de la óptica. La naturaleza física de una lente significa que la luz debe distorsionarse a medida que pasa a través de ella para generar la imagen requerida.

Esta es la razón por la que muchos fabricantes de ópticas tienden a proporcionar un gráfico (como el anterior) que muestra la MTF en diferentes puntos de la óptica en comparación con el centro.

Como se puede ver en el gráfico anterior, el eje Y está etiquetado como módulo del OTF, que es esencialmente una medida de contraste (%). El eje X se denomina frecuencia espacial, que, en esencia, es lo mismo que lp / mm.

Lo que representa cada línea en el gráfico es la tasa de caída en contraste a medida que aumenta la frecuencia espacial. Esta degradación en la calidad de la imagen es muy común; ningún objetivo es perfecto. Cuantos más elementos incorpore la lente en su ensamblaje, más etapas potenciales hay para que el contraste se deprecie a medida que aumenta la frecuencia espacial. Por ejemplo, un objetivo con zoom normalmente tendrá más elementos que un objetivo con una distancia focal fija y, por lo tanto, lo más probable es que se desempeñe peor en una tabla MTF en comparación (dado que la especificación del objetivo sigue siendo la misma para ambos).

Debido a que la MTF tiende a variar en diferentes puntos a lo largo de la curvatura de la lente, múltiples gráficos que reflejan la calidad de la imagen a varias distancias desde el centro de la lente pueden ser extremadamente útiles, especialmente cuando se usan campos de visión grandes.

edge blur siemens star

Para demostrar esto, aquí está la imagen "A" de antes, tomada con una óptica que muestra una fuerte disminución en la calidad de la imagen a medida que se aleja del centro de la lente. Esta es una forma de distorsión conocida como curvatura de campo, pero hablaremos de eso la próxima semana.

Ayudándote a Tomar la Decisión Correcta en tu Sistema de Visión Artificial

Permanece atento a esta serie de blogs mientras continuamos poniendo el foco en la óptica, explorando aberraciones, barridos, distorsión y una guía definitiva para elegir la lente correcta.

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