در سیستم های بینایی ماشین، لنزهای معمولی دارای کاربرد زیادی هستند. در حقیقت بسیاری از پروژه های بینایی ماشین با این لنزها قابل انجام اند. اما در برخی از پروژه ها تصویر ارائه شده توسط این لنزها مناسب نمی باشد؛ در این صورت بسته به نیاز می توانیم از لنزهای پیچیده تری مانند لنزهای تلسنتریک ، لنزهای 360 و لنزهای ماکرو استفاده کنیم. در این مقاله انواع مختلف این لنزها تشریح شده است.

1- لنزهای معمولی

این نوع لنزها در اکثر پروژه های بینایی ماشین مورد استفاده قرار می گیرند. لنزهای معمولی بسیار پرکاربرد هستند و عملکردی شبیه به چشم انسان دارند. به عبارت دیگر اجسام نزدیک تر را بزرگ تر میبینند.

ویژگی لنزهای معمولی

• دارای انواع متنوعی (برحسب دهانه ی لنز ، فاصله ی کاری ، رزولوشن و…) هستند.
• لنز های معمولی پرکاربرد هستند و در بسیاری از پروژه های بینایی ماشین مورد استفاده قرار می گیرند.
• عموما دارای فاصله کانونی ثابت هستند.
• قیمت لنزهای معمولی نسبتا ارزان است.

2- لنزهای تلسنتریک

لنزهای تلسنتریک عموما برای اندازه گیری دقیق در بینایی ماشین به کار می روند. لنزهای تلسنتریک نسبت به لنزهای معمولی مزیت های زیادی دارند. در شکل زیر یک نمونه از این لنزها نمایش داده شده است.

ویژگی لنزهای تلسنتریک

• تصویر گرفته شده از این لنزها با تغییر فاصله کاری (فاصله جسم تا لنز) تغییر نمی کند.
• این لنزها لبه های دقیقی ارائه می کنند و برای اندازه گیری مناسب هستند.
• تصویر لنزهای تلسنتریک بدون اعوجاج است .
• این لنزها نسبتا گران قیمت هستند و وزن آنها زیاد است.

تصاویر مربوط چند جسم مختلف که با استفاده از لنز تلسنتریک و نورپردازی از پشت گرفته شده اند در شکل زیر نمایش داده شده است.

3- لنزهای 360 درجه

فرض کنید بخواهیم محیط بیرونی یک جسم ، مثلا یک پیچ را ، با استفاده از لنزهای معمولی ببینیم؛ در این صورت نیاز داریم تا از 3 یا 4 لنز و دوربین استفاده کنیم تا هر دوربین بتواند مقداری از محیط بیرونی را ببیند. به عنوان نمونه در تصویر از سه دوربین برای تشخیص بسته بودن درب بطری استفاده شده است.

لنز های 360 درجه به ما این امکان را می دهد تا بتوانیم درون یا بیرون یک جسم را تنها با استفاده از یک لنز ببنیم. این لنزها مکان کاهش تعداد اجزای یک سیستم بینایی ماشین را برای ما فراهم می کند. لنزهای 360 دارای انواع متنوعی هستند که هر کدامشان به منظور خاصی طراحی شده اند. در ادامه چند نمونه از این لنزها را بررسی می کنیم.

دیدن نماهای بیرونی یک جسم

برای دیدن وجوه بیرونی یک جسم می توانیم از لنزهای مخصوص استفاده کنیم. این لنزها با استفاده از آیینه هایی که درون خود دارند تعداد متعددی عکس از وجوه مختلف جسم می گیرند. در شکل زیر تصویر یک نمونه از این لنز ها ساخت شرکت اپتو نمایش داده شده است.

تصویر گرفته شده از یک مهره و شیشه ی آمپول ، توسط این لنز در شکل زیر نمایش داده شده است. در این تصاویر 8 وجه مختلف جسم قابل مشاهده هستند و به کمک آن می توان خطاهای مختلف روی نماهای بیرونی یک جسم را بررسی کرد.

شناسایی سوراخ

فرض کنید بخواهیم رزوه های درون یک مهره را بررسی کنیم. در این صورت با تصویر گرفته شده توسط لنز معمولی ، رزوه ها قابل رویت نخواهند بود. بنابراین برای شناسایی داخل یک حفره یا سوراخ بایستی از لنزهای مخصوص استفاده کنیم. در شکل زیر تصویر چند نمونه از این لنزها نشان داده شده است.

فرض کنید یک مهره را به صورتی که در شکل زیر نشان داده شده است زیر یکی از این لنز بگذاریم.

در این صورت تصویر این مهره به صورت شکل زیر در خواهد آمد که در آن رزوه ها قابل روئیت خواهند بود.

با استفاده از فیلتر polar در نرم افزار هالکن می توانیم تصویر بالا را به تصویر زیر تبدیل کنیم و در نهایت با برنامه نویسی روی تصاویر خطا را پیدا کنیم :

بررسی چاپ

برای بررسی چاپ به صورت 360 درجه می توانیم از لنزی که در تصویر نشان داده شده است استفاده کنیم.

فرض کنید یک جسم که محیط بیرونی آن دارای چاپ است را در زیر این لنز قرار دهیم. در این صورت تصویر خروجی این لنز به صورت نشان داده شده در تصویر در می آید.

با استفاده از فیلتر polar در نرم افزار هالکن می توانیم تصویر بالا را به تصویر زیر تبدیل کنیم و در نهایت با برنامه نویسی روی تصاویر خطا را پیدا کنیم .

4- لنز های Macro

 تصویربرداری از اجسام کوچک با لنزهای معمولی باعث ایجاد اعوجاج در تصویر می شود و وضوح تصویر را کاهش می دهد. برای حل این مشکل می توانیم از لنزهای ماکرو استفاده کنیم. این لنزها به گونه ای طراحی شده اند که در آنها اعوجاج تصویر بسیار کم است و تصویر با وضوح بالایی ارائه می دهند. به کمک لنزهای ماکرو می توانیم تصاویر با کیفیتی از اجسام کوچک بگیریم. در تصویر زیر یک لنز ماکرو نمایش داده شده است.

ویژگی های لنزهای ماکرو

• با این لنزها می توان از اجسام کوچک عکس برداری کرد.
• اعوجاج تصویر در این لنزها بسیار کم است.
• وضوح و کیفیت تصویر خوبی ارائه می دهند.
• برای اندازه گیری ابعادی مناسب هستند.
• معمولا دارای فاصله کاری کمی می باشند.

شکل زیر یک پولکی کوچک را نشان می دهد که با استفاده از لنز ماکرو تصویر برداری شده است.

 

تصویر زیر نشان می دهد که اگر از یک پیچ با لنز ماکرو (با شیوه ی نورپردازی از جلو) عکس برداری کنیم می توانیم رزوه های آن را بررسی نماییم.

 

جمع بندی و نتایج

در این مقاله در مورد انواع لنزهای مورد استفاده در بینایی ماشین توضیح داده شده و نتایج زیر حاصل گردید:

1. در بسیاری از پروژه های بینایی ماشین می توانیم از لنزهای معمولی استفاده کنیم.
2. چنانچه نیاز به اندازه گیری دقیق داریم می توانیم از لنزهای تلسنتریک استفاده کنیم.
3. برای دیدن محیط بیرونی یا درونی یک جسم ، بسته به نیاز می توانیم از لنزهای 360 استفاده نماییم.
4. چنانچه بخواهیم یک جسم با ابعاد کوچک را با وضوح بالا و بدون اغتشاش ببینیم از لنزهای ماکرو استفاده می کنیم.

در دوره ی آموزشی بینایی ماشین با نرم افزار Halcon به شما آموزش می دهیم که چطور برای انواع پروژه های مختلف در بینایی ماشین، لنز مناسبی انتخاب نمایید. شما همچنین می توانید برای انتخاب لنز از ما مشاوره بگیرید.

 

مطالب مرتبط

مزیت های لنز تلسنتریک (Telecentric) نسبت به لنز های معمولی

مفهوم فاصله کاری (working distance) در لنزهای صنعتی چیست؟

انتخاب لنز برای دوربین های Basler