マシンビジョン光学の基本的な 6 つのパラメータ


マシンビジョンを使用している人なら、レンズが異なることでビジョンシステムによる検査や欠陥検出の機能にどう影響するか疑問に思ったことがあるでしょう。どのくらいの投資が必要ですか?安価なレンズで必要な高品質解像度を得ることはできますか?これらは重要な質問であり、スマートレンズの選択を行う上で特に重要です。

まず、イメージの品質に影響を与える基本パラメータを理解する必要があります。これは、ビジョンシステムのパフォーマンスを最大化する上で重要です。

6 つの主要なパラメータ:

1.視野:対象物の表示可能な部分

視野 (FOV) は、カメラのセンサと選択したレンズの関係によって測定できます。レンズは、特定の焦点距離をミリメートルで示します。レンズの焦点距離は、視野の角度が何度であるかを伝えます。物理学的に見るのではなく、考慮すべき指針は、焦点距離が長いほど視野角が狭くなり、倍率が高くなることです。焦点距離が短いほど、視野角が広くなり、倍率が低くなります。

視野の光学パラメータ図

2.ワークディスタンス:レンズの先端部分と対象物との距離

レンズの前面と検査対象部品の間のワークディスタンスは、その用途に大きく依存します。アプリケーションのスペースが制限されるため、ビジョンシステムやセンサを部品や機能の近くに取り付ける必要がある?または、ビジョンシステムの物理的配置をより柔軟に行うことができますか?これらのシナリオは、アプリケーションのレンズを選択する際に考慮する必要があります。

ワークディスタンスの光学パラメータ図

3.解像度: 画像処理システムでオブジェクトまたは特徴を詳細に再現する能力

画像センサは、センサの縦と横の寸法でピクセルに分割され、一定のサイズの各ピクセルはマイクロメートル単位で表記されます。これらの仕様を使用して、センサの解像度を決め、それがアプリケーションに適しているかどうかを判断できます。一般に、検査対象のオブジェクトまたは特徴が小さいほど、解像度が高くなります。

解像度の光学パラメータ図

4.被写界深度 (DOF):フォーカス全体で維持可能な対象物の最大深度

被写界深度は、非常に特定のアプリケーションにおいて重要なパラメータです。たとえば、物流環境のバーコード読み取りアプリケーションには、深い被写界深度が必要です。多くの場合、FOV 内にあるオブジェクトはサイズおよび大きさが異なるため、レンズの焦点に対してさまざまなワークディスタンスにバーコードが配置されます。 

このコンセプトに関するレンズの特徴は、その絞り、またはカメラの画像センサに光を到達させるレンズの開口部です。絞りは一般にフォーカス数または f 値で示され、異なる値は、与えられた焦点の被写界深度に影響します。絞りが小さい(フォーカス数が大きい)ほどセンサに与えられる光が少なく、被写界深度が深くなります。絞りが大きい(フォーカス数が小さい)ほどセンサに与えられる光が多く、被写界深度が狭くなります。

被写界深度の光学パラメータ図

5.センササイズ:カメラセンサのアクティブ領域のサイズ(通常は横寸法)

画像センサは 1 インチから 1/4 インチまで、さまざまなサイズで提供されます。

センササイズの光学パラメータ図
 

画像センサの横寸法を、希望の FOV (mm) で使用して、アプリケーションに必要な光学倍率 (PMAG) を決定できます。

6.光学倍率 (PMAG): センササイズと FOV の比率

前述のように、撮像レンズはその視野の角度と結果画像の倍率の量を決定する焦点距離を使用します。これは、光学倍率または PMAG と呼ばれています。画像センサの横寸法と希望の視野を使用して必要な PMAG 値が決まると、アプリケーションのレンズの選択に役立ちます。たとえば、次の式を使用できます:

PMAG の式

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