Champ de vision angulaire nul : élimination des erreurs de parallaxe
Les lentilles conventionnelles ont des champs de vision angulaires (AFOV) tels que lorsque la distance entre la lentille et l'objet augmente, le grossissement diminue. C'est ainsi que se comporte la vision humaine et contribue à notre perception de la profondeur. Cet AFOV se traduit parparallaxe, également connue sous le nom d'erreur de perspective, qui diminue la précision, car la mesure observée du système de vision changera si l'objet est déplacé (même en restant dans la profondeur de champ [DOF]) en raison du changement de grossissement. Les objectifs télécentriques éliminent l'erreur de parallaxe caractéristique des objectifs conventionnels en ayant un champ de vision constant et non angulaire ; à n'importe quelle distance de l'objectif, un objectif télécentrique aura toujours le même champ de vision. VoirFigure 1pour la différence entre un champ de vision non télécentrique et télécentrique.
Le champ de vision constant d'un objectif télécentrique présente à la fois des avantages et des contraintes pour les applications de mesure. Le principal avantage d'un objectif télécentrique est que son grossissement ne change pas en fonction de la profondeur.Figure 2montre deux objets différents à des distances de travail (DT) différentes, photographiés à la fois par un objectif à focale fixe (non télécentrique) (au centre) et par un objectif télécentrique (à droite). Notez que dans l'image prise avec un objectif télécentrique, il est impossible de dire quel objet est devant l'autre. Avec l'objectif à focale fixe, il est assez évident que l'objet qui semble plus petit est positionné plus loin de l'objectif.
Alors queFigure 2Bien que le décalage de la distance focale soit drastique, il illustre l'importance de minimiser l'erreur de parallaxe. De nombreuses tâches d'inspection automatisées consistent à imager des objets qui se déplacent dans le champ de vision d'un système d'imagerie, et la position des pièces est rarement parfaitement répétable. Si le décalage de la distance focale n'est pas identique pour chaque objet que l'objectif image, la mesure de chaque objet variera en raison du décalage de grossissement (voir Résolution pour en savoir plus sur le grossissement et la façon dont il est défini). Un système de vision industrielle qui génère des résultats différents en fonction d'une erreur d'étalonnage du grossissement (ce qui est inévitable avec un objectif à focale fixe) est une solution non fiable et ne peut pas être utilisée lorsqu'une haute précision est nécessaire. Les objectifs télécentriques éliminent le problème des erreurs de mesure qui se produiraient autrement en raison de facteurs tels qu'un convoyeur vibrant ou des emplacements de pièces inexacts.
Objectifs télécentriques et profondeur de champ
Il est communément admis que les objectifs télécentriques ont par nature une profondeur de champ plus grande que les objectifs conventionnels. Bien que la profondeur de champ soit toujours déterminée en fin de compte par la longueur d'onde et le nombre d'ouverture de l'objectif, il est vrai que les objectifs télécentriques peuvent avoir une profondeur de champ utilisable plus grande que les objectifs conventionnels en raison du flou symétrique de chaque côté de la mise au point optimale. Lorsque la pièce inspectée se déplace vers ou loin de l'objectif, elle suit l'AFOV (ou le rayon principal) qui lui est associé. Dans un objectif non télécentrique, lorsqu'un objet est déplacé vers et hors de la mise au point, la pièce devient floue de manière asymétrique en raison de la parallaxe et du changement de grossissement associé à son AFOV. Les objectifs télécentriques, en revanche, floutent de manière symétrique car il n'y a pas de composante angulaire dans le champ de vision. En pratique, cela signifie que des éléments tels que les bords conservent leur emplacement du centre de masse ; une mesure précise peut toujours être effectuée lorsque l'objet est au-delà de la mise au point optimale tant que le contraste reste suffisamment élevé pour que l'algorithme utilisé par le système de vision artificielle fonctionne correctement.
Bien que cela puisse paraître contre-intuitif, le flou peut être utilisé avantageusement dans certaines applications avec des objectifs télécentriques. Par exemple, si un système de vision artificielle doit trouver l'emplacement central d'une broche, comme illustré dansFigure 3a, la transition du blanc au noir est assez nette lorsque l'objectif est au point.Figure 3b, la même broche est affichée légèrement défocalisée.
En regardant un tracé des niveaux de gris de l'image à partir d'un profil de ligne pris sur le bord de la pièce, comme dansFigure 4, la pente de la ligne est beaucoup plus faible pour l'image légèrement défocalisée, car le bord de la broche est réparti sur plus de pixels. En raison du flou symétrique de l'objectif télécentrique, ce flou est toujours utilisable car le centroïde n'a pas bougé et la quantité d'interpolation de sous-pixels nécessaire est réduite. Cela réduit la sensibilité aux fluctuations de niveau de gris causées par le bruit du capteur et permet de trouver l'emplacement du centre de la broche de manière plus fiable et avec une répétabilité plus élevée.