Měření s využitím kamer pro strojové vidění

13. října 2015

Častou úlohou v rámci strojového vidění je použití kamer k měřicím aplikacím. V některých případech tak nahradíme konvenční metody měření, nebo jsme schopni měřit i jiným způsobem neměřitelné objekty. V krátkém okamžiku můžeme provést celou řadu měření na komplexním výrobku, což je důležité především u provozů s rychlým výrobním taktem. Měření s využitím kamer má však svá specifika, se kterými vás seznámíme.

Volba objektivu

Různé aplikace vyžadují různé typy objektivů, kdy na správné volbě objektivu závisí výsledek měření. Pro měřicí aplikace zpravidla používáme objektivy s nízkým zkreslením. Tyto objektivy jsou vhodné pro měření v jedné rovině, kdy je osa objektivu ortogonální (kolmá) vůči snímané ploše. V případě, že jsou měřené předměty v různé vzdálenosti od kamery, lze provádět měření také, nicméně je nutné znát vzdálenost objektu od objektivu. Toto omezení souvisí právě s perspektivním zkreslením u těchto objektivů, kvůli němuž je obraz vzdálenějších objektů na čipu menší. Nejdůležitějším parametrem objektivů s nízkým zkreslením je ohnisková vzdálenost, která definuje jejich zorný úhel. Velikost objektu, který lze kamerou nasnímat, pak dále závisí na vzdálenosti kamery od objektu a velikosti snímacího čipu.

• Slovníček základních pojmů

Pokud aplikace vyžaduje měření rozměrů bez znalosti přesné vzdálenosti předmětu od objektivu, je vhodné použít telecentrický objektiv. Tento typ objektivu promítá obraz rovnoběžně s jeho osou, se vzdáleností objektu se tedy velikost obrazu na snímacím čipu nemění. Pracovní rozsah je ovšem omezen, což je spolu s velikostí pracovní oblasti důležitým parametrem telecentrického typu objektivu.

Dalším neméně důležitým parametrem je formát, respektive velikost čipu, pro který je objektiv určen. Pokud použijeme objektiv v kombinaci s větším čipem, než pro který je určený, bude docházet k vinětaci (vinětace je poměrně běžná optická vada objektivu; jedná se v podstatě o nestejnoměrné rozložení světla na snímku) a zkreslení obrazu na krajích a v rozích. S menším čipem zase plně nevyužijeme vlastnosti objektivu, protože bude nasnímán jen omezený výřez promítnutého obrazu.

U všech typů objektivů dbáme na třídu rozlišení. Ta je určena precizností výroby a je důležité zvolit adekvátní objektiv k danému čipu tak, aby odpovídalo rozlišení objektivu rozlišení snímacího čipu. Snímací systém je samozřejmě závislý na nejslabším článku, proto by měly být parametry jednotlivých komponentů vyvážené.

Senzor, čip

Důležitým parametrem pro měření je samozřejmě i rozlišení senzoru. Má-li snímací čip horizontální rozlišení 2 000 pixelů, je měřicí rozsah rovnoměrně rozdělen na 2 000 dílků. Jeho absolutní velikost je dána vlastnostmi použitého objektivu. Nemůžeme tedy zároveň dosáhnout pokrytí velké oblasti a vysoké přesnosti. Přesnost měření však může být vyšší, než je velikost pixelu. Toho lze dosáhnout s využitím subpixelové metody měření. Ta využívá faktu, že je hrana ve skutečnosti nasnímána na více pixelů. Průběh takové hrany (gradient) je vidět na následujícím obrázku. Po kalibraci je tak možné v závislosti na podmínkách dosáhnout dvoj až desetinásobného zvýšení přesnosti.

Pro měřicí aplikace se obvykle používá monochromatický senzor, který lépe snímá hrany díky absenci Bayerova filtru používaného u barevných senzorů. Další parametry jsou pochopitelně také důležité, budeme se jim více věnovat v některém z budoucích článků.

Pokud tento článek nezodpověděl vaše otázky, určitě nás kontaktujte.

Chcete být informováni o zajímavostech a novinkách v oboru bezpečnostních technologií? S naším newsletterem  vám nic neunikne.

Mohlo by vás zajímat:

Jaké novinky přichystala firma IDS pro návštěvníky veletrhu VISION 2016?
VISION je přední světový veletrh představující počítačové a strojové vidění. Své návštěvníky pravidelně seznamuje s nejnovějšími trendy a inovacemi na trhu senzorů, kamer, objektivů, osvětlovačů i kompletních aplikací. Na co jeho návštěvníky lákala firma IDS?

IDS zařazuje do portfolia UVC kamery
Potřebujete kvalitní, jednoduchou webkameru se zajištěnou technickou podporou? Pak jsou pro Vás UVC kamery od společnosti IDS ideální volbou.

Řádkové snímání kamerami uEye
Kamery uEye od společnosti IDS využívají možností snímacích čipů na maximum. Můžete se tak u nich setkat s množstvím funkcí, které rozšiřují možnosti jejich použití. Jednou z takových funkcí je řádkové snímání, neboli „linescan mode“.