11.1.2012 |
Telecentrické objektivy se používají v aplikacích strojového vidění, zejména při potřebě naprosto přesného měření rozměrů a tvarů snímaných předmětů.
Základní vlastností telecentrických objektivů je schopnost zobrazovat předměty s konstantním zvětšením nezávisle na vzdálenosti od objektivu. Hlavní paprsky přicházejí do objektivu v ideálním případě rovnoběžně s osou objektivu, díky čemuž dochází k eliminaci perspektivy a zvýšení přesnosti měření.
Princip telecentrického objektivu
Princip telecentrického objektivu lze nejlépe vysvětlit na srovnání s klasickým (endocentrickým) objektivem:
 |
Obr. 1: Princip funkce klasického (endocentrického) objektivu (Zdroj: Opto-Engineering) |
 |
Obr. 2: Princip funkce bi-telecentrického objektivu (Zdroj: Opto-Engineering) |
Zatímco do klasického objektivu přicházejí paprsky ze všech stran pod různými úhly, telecentrický objektiv snímá pouze paprsky přicházející rovnoběžně s osou objektivu. Důsledkem tohoto jevu je konstantní zvětšení, větší hloubka ostrosti a eliminace vlivu perspektivy. Následující obrázek ukazuje rozdíl mezi zobrazením pomocí klasického objektivu a telecentrického objektivu:
|
|
Obr. 3: Obrázek nasnímaný pomocí telecentrického objektivu (nahoře) a klasického objektivu (dole)(Zdroj: Opto-Engineering) |
Konstantní zvětšení - eliminace perspektivy
Typickou vlastností klasických objektivů je, že při oddalování objektu od objektivu se zmenšuje jeho obraz. Jedná se o jev, který je přirozený jak pro lidské oko, tak pro běžné objektivy např. digitálních objektivů. Tento jev však může silně ovlivnit přesnost, s jakou měříme rozměry snímaného předmětu zvláště v případech, kdy není možné zajistit přesné umístění předmětu před kamerou (vlivem pružnosti podložky, vibracemi, nepřesným polohováním, atd.)
 |
Obr. 4: Obrázek nasnímaný pomocí telecentrického objektivu (vlevo) a klasického objektivu (vpravo). Je zde jasně vidět vliv perspektivy. (Zdroj: Vision&Control) |
Výhodou telecentrických objektivů je v těchto případech konstantní zvětšení nezávislé na vzdálenosti od objektivu. Rozsah vzdáleností, ve kterém má obraz konstantní zvětšení, se nazývá telecentrická hloubka, někdy také hloubka ostrosti, podobně jako u klasických objektivů. U většiny objektivů je tento rozsah pevně nastaven a je uváděn jako pevná pracovní vzdálenost s tolerancí.
|
|
| Telecentrické osvětlovače Vision&Control |
Telecentrické osvětlení
Pro velmi přesná měření kontur snímaného objektu se používají zadní telecentrické osvětlovače. Velkou výhodou telecentrického osvětlovače je, že vyzařuje světlo pouze ve směru objektivu. Velmi se tak zpřesňuje měření rozměrů, jelikož nedochází ke snímání rozptýleného světla na hranách objektu.
Skutečnosti, že telecentrický objektiv zachytí pouze rovnoběžně vysílané světlo, se s výhodou využívá například při snímání celoskleněných zátek a bižuterie. Světlo, přicházející do objektu, se vlivem rozdílného indexu lomu láme a vychází z objektu pod jiným úhlem, takže není objektivem zachyceno. Skleněný objekt se tak kameře jeví jako neprůhledný a je možné velmi přesně změřit jeho obrysy.
 |
|
Obr. 5: Telecentrické osvětlení (Zdroj: Opto-Engineering) |
Spolehlivá detekce hran
Díky tomu, že paprsky světla přicházejí do objektivu rovnoběžně, dochází k minimálnímu lámání světla na hranách snímaného předmětu. Hrany snímaného objektu je tak možné zobrazit s přesností na jeden pixel!
 |
|
Obr. 6: Spolehlivá detekce hran telecentrickým objektivem (Zdroj: Opto-Engineering) |
Tip: Rozlišení telecentrických objektivů bývá obecně velmi vysoké, ale není nekonečné. Pro snímání a měření rozměrů s velkou přesností se proto doporučují kamery s velkými pixely.
|
|
| Bi-telecentrický objektiv Opto-Engineering |
Bilaterální telecentrické objektivy
Oproti běžným telecentrickým objektivům jsou bilaterální telecentrické (bi-telecentrické) objektivy telecentrické i na straně senzoru. Jak je vidět z následujícího obrázku, tak přicházející paprsky dopadají na plochu senzoru pod pod stejným úhlem po celé šířce senzoru. Důsledkem toho mají bi-telecentrické objektivy rovnoměrnější osvit senzoru a kontrast i v okrajích senzoru (zejména u senzorů s mikročočkami).
Další výhody:
- větší hloubka ostrosti
- znatelně menší zkreslení
 |
|
Obr. 7: Srovnání klasického telecentrického objektivu (vlevo) a bi-telecentrického objektivu (vpravo) na straně senzoru (Zdroj: Opto-Engineering) |
Aplikace telecentrických objektivů
Kontrola vývodů elektronických součástek a konektorů
Telecentrický objektiv může být použit například v aplikaci kontroly elektronických součástek, kdy je potřeba kontrolovat, že vývody součástky nejsou deformované, mají správnou délku i vzájemnou vzdálenost.
 |
Obr. 9: Testované výrobky |
  |
Obr. 10: Obraz z telecentrického objektivu (s použitím telecentrického osvětlovače) |
  |
Obr. 11: Pro srovnání obraz z 16 mm objektivu (s použitím zadního difuzního osvětlovače) |
Komplexní inspekce skleněných výrobků
Na této úloze lze demonstrovat rozdíl v použití telecentrického zadního osvětlovače a plošného difuzního světla.
Zadáním úlohy je kontrolovat jak vnější tvar skleněné lahvičky, tak vnitřní defekty (praskliny, bubliny, nečistoty). Jak je popsáno výše, tak pro měření vnějších rozměrů je vhodné použít telecentrický objektiv s telecentrickým osvětlením, aby maximálně vynikly vnější kontury snímaného výrobku.
Pro snímání vnitřních defektů je pak vhodné použít zadní difuzní světlo tak, aby se výrobek prosvětlil a vynikly vnitřní struktury.
 |
Obr. 12: Testovaná část skleněné lahvičky |
 |
Obr. 13: Obraz z telecentrického objektivu s použitím telecentrického osvětlovače. Bílé skvrny nejsou způsobeny odleskem světla od povrchu, nýbrž se jedná o paprsky, které prošly výrobkem přímou cestou. |
 |
Obr. 14: Obraz z telecentrického objektivu s použitím zadního plošného osvětlovače |
Kontrola vývodů konektoru Canon
Díky eliminaci perspektivy je možné zobrazit všechny piny konektoru kolmo na osu pinů. Jakákoli odchylka je ihned jasně patrná, viz následující obrázek.
 |
Obr. 15: Zobrazení vývodů telecentrickým objektivem |
Telecentrické objektivy v naší nabídce
Vision&Control (www.vision-control.com)
- Telecentrické mikroskopové objektivy (zvětšení až 10x)
- Telecentrické měřicí objektivy
- Velké telecentrické objektivy s Fresnelovou čočkou pro zorné pole o průměru až 420 mm
- Telecentrické osvětlovače různých barev, kontinuální a pulzní režim
- Max. velikost senzoru až 1,34"
Opto-Engineering (www.opto-engineering.com) - nové! Prezentaci připravujeme.
- Telecentrické měřicí objektivy
- Telecentrické objektivy pro velmi velké čipy a řádkové kamery
- Telecentrické osvětlovače různých barev, kontinuální a pulzní režim
- Max. velikost senzoru až 1,2" (plošné) a 35 mm (řádkové kamery)
Schneider Kreuznach (www.schneiderkreuznach.com)
- Telecentrické objektivy se zvětšením 1:5 (0,2x) až 1:1 (1x).
- Max. velikost senzoru: 2/3"
Odkazy a dokumenty ke stažení |
|
 |
|
|
Telecentrické objektivy ve strojovém vidění (EN, Edmund Optics) |
 |
Techniky optických měření s telecentrickými objektivy (EN, Schneider Kreuznach) |
