Lentile si camere





Lentile si camere

In general, camerele de luat vederi se livreaza fara lentile

[119][175][206][207] (obiective). Se pleaca de la ideea ca alegerea lentilelor se

face de catre utilizator in functie de aplicatia avuta in vedere si considerand in

principal marimea obiectelor din scena, distanta la care se afla acestea in raport cu

camera si rezolutia ceruta de aplicatie. Totusi, de multe ori, proiectantul unei



aplicatii va alege in acelasi timp si lentile le si camerele de care are nevoie intr-o

aplicatie. Pentru a face o astfel de alegere (figura 2.24) se folosesc urmatoarele

notiuni:

! Campul de vedere (FOV - Field of View) este zona din scena cu obiecte care

este "vazuta" de camera si eventual va fi vizualizata, de exemplu pe monitor.


! Rezolutia este o masura a capacitatii de reprezentarea a detaliilor obiectelor

din imagine.

! Contrastul este dat de diferenta dintre nivelele de gri care corespund

obiectului si respectiv fondului imaginii.

! Distantele de lucru minima si maxima sunt masurate de la lentila

obiectivului la obiect.

! Adancimea campului (DOF - Depth of Field) este diferenta dintre cea mai

apropiata si cea mai departata pozitii intre care poate fi deplasat un obiect fara ca

imaginea sa se deterioreze inacceptabil (se observa blur). Adancimea campului este

distanta maxima pentru care se poate asigura focalizarea perfecta cu ajutorul

lentilelor. Acest parametru capata sens in asociere cu specificarea rezolutiei si

contrastului. DOF poate fi crescut prin inchiderea diafragmei lentilei insotita de o

crestere corespunzatoare a iluminarii.

! Marimea senzorului este dimensiunea zonei active a senzorului, care este de

cele mai multe ori specificata prin dimensiunea orizontala. Acest parametru este

folosit in calcularea magnificarii primare cerute pentru obtinerea unui anumit camp

de vedere. Cele mai multe variante comercializate (figura 2.25) au un senzor cu

raportul dintre dimensiunile verticala si orizontala in raportul 3/4.



! Magnificarea primara este definita ca raportul dintre marimea senzorului si

marimea campului de vedere. Acest parametru este reglat prin intermediul

sistemului de lentile.

! Magnificarea secundara este raportul dintre marimea monitorului si marimea

senzorului.

! Magnificarea sistemului este magnificarea totala realizata de sistem in



totalitatea sa si este produsul dintre magnificarea primara si magnificarea

secundara.

! Numarul de linii pe milimetru este o masura a rezolutiei in sensul ca masoara

perechile de linii pe milimetru care inca apar distinct (separate) in imagine. In acest

fel rezolutia poate fi exprimata ca o frecventa. Legatura cu rezolutia devine mai

evidenta daca remarcam ca inversul acestui parametru este distanta minima, in

milimetrii, care trebuie sa separe doua regiuni din imagine pentru ca acestea sa

apara distincte. Specificarea poate fi facuta atat pentru lentile cat si pentru camere.

! Numarul de pixeli este un parametru care influenteaza decisiv rezolutia

oferita de camera care include senzorul. Este evident ca distanta minima amintita

mai sus trebuie sa corespunda cel putin la un pixel.

! Numarul de linii TV masoara rezolutia folosind o mira formata din linii

echidistante. Daca mira acopera campul de vedere, atunci numarul de linii TV este

calculat numarand liniile si spatiile distinct vizibile in imagine. Parametrul nu are

unitati de masura si nu trebuie comparat cu numarul de linii pe milimetru.



! Numarul F este o masura a volumului de lumina care trece prin lentila.

Numarul F creste pe masura ce deschiderea diafragmei scade (diafragma se

inchide). Inchizand diafragma se produce o marire a adancimii campului de vedere,

dar acest lucru se poate compensa crescand iluminarea campului de vedere.

Numarul f este definit ca raportul dintre distanta focala si diametrul deschiderii

circulare a diafragmei. Valorile standardizate sunt 1,4 ; 2; 2,8; 5.6; 8; 11; 16.

Valorile sunt in progresie geometrica cu ratia 2. Fiecare avasare pe aceasta scara

corespunde reducerii la jumatate a suprafetei (care depinde patratic de raza)

deschiderii diafragmei si deci in aceeasi masura a volumului luminii care trece prin

lentila.

Pentru alegerea unei lentile [181] pentru o camera, solutia cea mai simpla

este sa se foloseasca numai ecuatia clasica a lentilelor:

unde v este distanta de la lentila la imagine, u este distanta de la lentila la obiect, f

este distanta focala.

Notand factorul de marire sau de magnificare cu M, avem:




Daca se cunoaste factorul de magnificare si distanta pana la obiect se poate

calcula distanta focala necesara. De exemplu, pentru un obiect de 10 centimetri si

un senzor matriceal de 8,8 x 6,6 mm, pentru o distanta de 0,5 metri factorul de

magnificare va fi:

M = 8,8 / 100 = 0,088 (2.10)

iar lungimea focala ceruta este:

f = 500 x 0,088 / 1,088 = 40,44 mm (2.11)

Se va prefera o usoara pierdere de rezolutie pentru acoperirea unei zone mai

intinse si se va alege o lentila cu lungimea focala mai mica, de 35 mm de exemplu.

Pentru a lua in calcul si rezolutia si acuratetea de masurare asteptate, se pot

calcula urmatoarele marimi:

' Rezolutia camerei

! Rezolutia camerei [m] =

100 / Numarul de linii [perechi de linii/mm] (2.12)

' Rezolutia analogica

! Rezolutia orizontala [perechi de linii/mm] =

(Numarul de linii TV pe orizontala x 1,33) / (2 x Dimensiunea orizontala a

senzorului [mm]) (2.13)

! Rezolutia verticala [perechi de linii/mm] =

(Numarul de linii TV pe verticala) / (2 x Dimensiunea verticala a senzorului

[mm]) (2.14)

Este evident ca "1.33" provine de la raportul 3/4 care trebuie luat in calcul

pentru ca spatierea difera astfel pe cele doua directii.

' Rezolutia numerica

! Rezolutia camerei [perechi de linii/mm] =

Numarul de pixeli / (2 x Marimea senzorului) (2.15)

! Rezolutia camerei [m] =

2 x Marimea pixelului [m] (2.16)

' Magnificarea

! Magnificarea primara PMAG =

Marimea senzorului pe orizontala [mm] / Marimea campului de vedere pe

orizontala [mm] (2.17)

! Magnificarea sistemului =

PMAG x (Marimea diagonalei monitorului [mm] / Marimea diagonalei

senzorului [mm]) (2.18)

' Rezolutia sistemului

! Rezolutia sistemului [m] = Rezolutia camerei [m] / PMAG (2.19)

! Rezolutia sistemului [perechi de linii/mm] =

Rezolutia camerei [perechi de linii/mm] x PMAG (2.20)

Sa presupunem ca se doreste masurarea un detaliu de aproximativ 3 mm



dintr-o componenta mecanica cu o precizie de 25 m. Consideram ca imaginea

preluata de camera de luat vederi, cuplata la un sistem de achizitie si prelucrare de

imagini, este in final afisata pe un monitor. Imaginea finala afisata nu poate depasi

in calitate parametrii celei mai putin performante componente din sistem. Daca

aplicatia este o aplicatie de vedere artificiala cu prelucrarea automata a imaginii,

atunci imaginea afisata nu va influenta rezultatul final. In acest caz calitatea

monitorului nu mai este critica. Daca se face doar preluarea imaginii de la camera

si afisarea ei pe monitor atunci calitatea monitorului va influenta evident rezolutia

sistemului. Este necesar sa fie cunoscute valorile parametrilor care definesc

aplicatia si calculate marimile prezentate mai sus. Pe baza acestor informatii se

poate face o alegere a componentelor sistemului. Trebuie luate in calcul si

conditiile de iluminare care influenteaza decisiv performantele globale ale

sistemului. Acolo unde este posibil, stabilirea unor conditii de iluminare controlate

si constante (de exemplu in aplicatii industriale de fabricatie integrata) pot asigura

o baza solida pentru dezvoltarea unei aplicatii performante. In aplicatiile in care

conditiile de iluminare nu sunt controlabile si/sau sunt variabile, efortul de

eliminare a influentelor care apar ca o consecinta va fi considerabil.

rezolutia imaginii afisate pe monitor. Alegem un camp de vedere de 4,75 mm pe

orizontala pentru ca partea utila sa ocupe cea mai mare parte a imaginii afisate pe

monitor. Dintre formaatele CCD disponibile presupunem ca vom folosi o camera

de 1/2' (6,4 mm pe orizontala). Pentru ca, asa cum am precizat deja, dorim sa

umplem imaginea de pe monitor cu imaginea corespunzatoare campului de vedere,

cu cat alegem un senzor de dimensiune mai mare cu atat vom avea nevoie de

lentile cu magnificare mai mare. Acum se poate calcula magnificarea primara,

magnificarea secundara (sa presupunem un monitor cu diagonala de 13') si

magnificarea sistemului. Cum magnificarea sistemului corespunde magnificarii

lentilelor, se va folosi aceasta valoare pentru a alege un obiectiv adecvat. Este de

preferat un obiectiv care sa permita si un zoom (marirea campului de vedere) out

pentru a avea posibilitatea sa vizualizam o portiune mai mare din obiectul care

contine detaliul care ne intereseaza.










Copyright © Contact | Trimite referat