मशीन विजन मापन में लेंस विरूपण क्यों मायने रखता है

परिचय: एक छोटी ज्यामितीय त्रुटि एक बड़ी निरीक्षण समस्या बन सकती है

मशीन विज़न में, एक लेंस एक स्पष्ट छवि उत्पन्न कर सकता है और फिर भी इस कार्य के लिए गलत लेंस हो सकता है।

यह उल्टा लग सकता है। यदि एक निरीक्षण कैमरा किसी घटक, छेद या किनारे को स्पष्ट रूप से देख सकता है, तो क्या सिस्टम को इसे सटीक रूप से मापने में सक्षम नहीं होना चाहिए? आवश्यक रूप से नहीं। छवि तीक्ष्णता और ज्यामितीय सटीकता अलग-अलग गुण हैं। एक लेंस सीधी रेखाओं को वक्रों में मैप करते समय या केंद्र से किनारों की ओर छवि पैमाने को बदलते समय बारीक विवरण को हल कर सकता है।

आयामी निरीक्षण, स्थिति, संरेखण और दोष का पता लगाने जैसे अनुप्रयोगों के लिए, यह अंतर मायने रखता है। एक छोटी सी ज्यामितीय त्रुटि पास/असफल निर्णय को प्रभावित कर सकती है, रोबोट के पिक पॉइंट को स्थानांतरित कर सकती है, या उत्पादन लाइन में असंगत माप बना सकती है।

यह आलेख बताता है कि व्यावहारिक दृष्टि से लेंस विरूपण का क्या अर्थ है, जब यह सबसे अधिक मायने रखता है, अंशांकन कैसे मदद करता है, और डिज़ाइन करने से पहले इंजीनियरों को लेंस आपूर्तिकर्ता के साथ क्या चर्चा करनी चाहिए।

लेंस विकृति क्या है?

लेंस विरूपण एक ज्यामितीय विपथन है जो छवि में दृश्य के बिंदुओं को बदल देता है। इसे आमतौर पर बैरल विरूपण, पिनकुशन विरूपण, या दोनों के अधिक जटिल संयोजन के रूप में वर्णित किया जाता है।

बैरल विरूपण के साथ, छवि आवर्धन किनारों की ओर कम हो जाता है, इसलिए सीधी रेखाएं बाहर की ओर झुक सकती हैं। पिनकुशन विरूपण के साथ, रेखाएँ अंदर की ओर झुक सकती हैं। वाइड-एंगल सिस्टम अधिक जटिल विरूपण पैटर्न भी दिखा सकते हैं जिन्हें एक साधारण गुणांक द्वारा पर्याप्त रूप से वर्णित नहीं किया जा सकता है।

विरूपण का मतलब यह नहीं है कि छवि फोकस से बाहर है। एक उच्च-विपरीत किनारा तेज रह सकता है लेकिन अपेक्षा से थोड़ा अलग स्थिति में दिखाई देता है। दृश्य निगरानी के लिए, यह स्वीकार्य हो सकता है। माप के लिए, यह व्यवस्थित त्रुटि का स्रोत हो सकता है।

एक उपयोगी भेद है:

रिज़ॉल्यूशन बताता है कि एक इमेजिंग सिस्टम कितना विवरण अलग कर सकता है।

विरूपण बताता है कि सिस्टम दृश्य की ज्यामिति को कितनी ईमानदारी से संरक्षित करता है।

दोहराव यह बताता है कि क्या सिस्टम समान परिस्थितियों में लगातार परिणाम देता है।

एक सफल मशीन विज़न सिस्टम को इन तीनों की आवश्यकता हो सकती है, लेकिन प्राथमिकताएँ कार्य पर निर्भर करती हैं।

विकृति कब एक समस्या बन जाती है?

आयामी माप

यदि सॉफ़्टवेयर एक साधारण स्केल फ़ैक्टर का उपयोग करके पिक्सेल को मिलीमीटर में परिवर्तित करता है, तो यह माना जाता है कि छवि स्केल माप क्षेत्र में पर्याप्त रूप से सुसंगत है। विरूपण उस धारणा का उल्लंघन कर सकता है। केंद्र के पास मापा गया आयाम कोने के पास के समान आयाम के समान भौतिक पैमाने पर मैप नहीं किया जा सकता है।

रोबोट मार्गदर्शन और स्थिति

जब एक कैमरा किसी रोबोट का मार्गदर्शन करता है, तो छवि निर्देशांक रोबोट या कन्वेयर सिस्टम द्वारा उपयोग किए जाने वाले निर्देशांक में बदल जाते हैं। यदि लेंस असंशोधित ज्यामितीय त्रुटि प्रस्तुत करता है, तो अनुमानित स्थिति बदल सकती है। प्रभाव कैमरे के कोण, कार्य दूरी, अंशांकन विधि और आवश्यक प्लेसमेंट सहनशीलता पर निर्भर करता है।

पीसीबी, घटक और वेब निरीक्षण

निरीक्षण प्रणालियाँ अक्सर किसी संदर्भ के विरुद्ध फीचर स्थिति या आकृतियों की तुलना करती हैं। विरूपण नाममात्र की सीधी विशेषता को घुमावदार बना सकता है या किनारे के स्थानों को स्थानांतरित कर सकता है। यह पूरे क्षेत्र में तुलना को जटिल बना सकता है, खासकर जब निरीक्षण क्षेत्र अधिकांश सेंसर पर कब्जा कर लेता है।

व्यापक क्षेत्र की निगरानी

प्रत्येक एप्लिकेशन को कम विरूपण की आवश्यकता नहीं होती है. कुछ निगरानी या स्थितिजन्य-जागरूकता प्रणालियों में, सीधी रेखाओं को संरक्षित करने की तुलना में कवरेज अधिक महत्वपूर्ण हो सकता है। हालाँकि, माप या मानचित्रण अनुप्रयोगों में, ज्यामितीय सटीकता एक महत्वपूर्ण आवश्यकता हो सकती है। सही लेंस वह है जो कार्य के लिए अनुकूलित है, न कि वह जिसमें अलगाव में सबसे छोटी विरूपण संख्या है।

कम-विरूपण लेंस या सॉफ़्टवेयर सुधार?

कोई सार्वभौमिक उत्तर नहीं है. ऑप्टिकल डिज़ाइन और सॉफ़्टवेयर कैलिब्रेशन एक दूसरे के पूरक हो सकते हैं, लेकिन वे समस्या को अलग-अलग तरीकों से हल करते हैं।

एक कम-विरूपण लेंस छवि सेंसर तक पहुंचने से पहले ऑप्टिकल रूप से ज्यामितीय विचलन को कम कर देता है। यह डाउनस्ट्रीम प्रसंस्करण को सरल बना सकता है और पूरे क्षेत्र में अधिक समान मैपिंग को संरक्षित करने में मदद कर सकता है।

सॉफ़्टवेयर सुधार छवि निर्देशांक को रीमैप करने के लिए एक कैलिब्रेटेड मॉडल का उपयोग करता है। यह तब प्रभावी हो सकता है जब विकृति स्थिर हो और अंशांकन प्रक्रिया उचित हो। हालाँकि, सुधार पिक्सेल को फिर से नमूना दे सकता है, प्रयोग करने योग्य छवि क्षेत्र को क्रॉप कर सकता है, और फोकस, लेंस स्थिति, सेंसर संरेखण और तापमान के पर्याप्त रूप से सुसंगत रहने पर निर्भर करता है।

विरूपण सुधार को परिप्रेक्ष्य सुधार से अलग करना भी महत्वपूर्ण है। एक सपाट वस्तु को एक कोण पर देखने वाला कैमरा परिप्रेक्ष्य प्रभाव प्रस्तुत करता है, भले ही लेंस में नगण्य विकृति हो। अंशांकन वर्कफ़्लो को दोनों को मॉडल करने की आवश्यकता हो सकती है।

एक समझदार विकास प्रक्रिया पहले आवश्यक माप सटीकता को परिभाषित करना है, फिर मूल्यांकन करना है कि ऑप्टिकल सुधार, सॉफ़्टवेयर सुधार, या संयोजन उपयुक्त है या नहीं।

टेलीसेंट्रिक लेंस के बारे में क्या?

टेलीसेंट्रिक लेंस पर अक्सर तब विचार किया जाता है जब माप सटीकता कॉम्पैक्ट आकार या व्यापक गहराई कवरेज से अधिक महत्वपूर्ण होती है। ऑब्जेक्ट-स्पेस टेलीसेंट्रिक डिज़ाइन में, मुख्य किरणें ऑब्जेक्ट स्पेस में लगभग समानांतर होती हैं, जिससे छोटी ऑब्जेक्ट-दूरी भिन्नताओं के कारण होने वाले आवर्धन परिवर्तन कम हो जाते हैं।

यह सपाट हिस्सों को मापने, व्यास की जांच करने, या उन घटकों का निरीक्षण करने के लिए उपयोगी हो सकता है जिनकी ऊंचाई थोड़ी भिन्न होती है। लेकिन टेलीसेंट्रिक ऑप्टिक्स स्वचालित रूप से हर दृष्टि प्रणाली के लिए सर्वोत्तम विकल्प नहीं हैं। वे बड़े, अधिक महंगे हो सकते हैं, और एक विशिष्ट कार्य दूरी और दृश्य क्षेत्र की आवश्यकता होती है।

जब स्थान, लागत या क्षेत्र कवरेज अधिक महत्वपूर्ण हो तो एक पारंपरिक कम-विरूपण लेंस बेहतर फिट हो सकता है। निर्णय को वास्तविक सहनशीलता और यांत्रिक बाधाओं का पालन करना चाहिए।

लेंस चुनने से पहले उत्तर देने योग्य छह प्रश्न

कोटेशन का अनुरोध करने से पहले, इंजीनियरों और खरीदारों को निम्नलिखित जानकारी तैयार करनी चाहिए:

1. माप सहनशीलता क्या है? 

एक सकल दोष का पता लगाने के लिए डिज़ाइन की गई प्रणाली में एक विशेषता को मापने से लेकर सख्त आयामी सहनशीलता तक की अलग-अलग ज़रूरतें होती हैं।

2.सेंसर प्रारूप और पिक्सेल आकार क्या है? 

लेंस छवि चक्र और रिज़ॉल्यूशन प्रदर्शन सेंसर के अनुरूप होना चाहिए।

3.किस दृश्य क्षेत्र और कार्य दूरी की आवश्यकता है? 

ये इमेजिंग ज्यामिति को परिभाषित करते हैं और लेंस चयन को दृढ़ता से प्रभावित करते हैं।

4. रुचि का क्षेत्र कहाँ स्थित होगा? 

पूर्ण फ्रेम को कवर करने वाले माप की तुलना में एक छोटा केंद्रीय क्षेत्र विरूपण के प्रति कम संवेदनशील हो सकता है।

5.क्या कैमरा या वस्तु हिलेगी? 

गति, कंपन और बदलती कार्य दूरी अंशांकन स्थिरता को प्रभावित कर सकती है।

6.सिस्टम को कैसे कैलिब्रेट किया जाएगा? 

अंशांकन लक्ष्य, प्रक्रिया, परिचालन तापमान और स्वीकृति मानदंड शीघ्र निर्दिष्ट करें।

ये विवरण उपलब्ध होने पर आपूर्तिकर्ता अधिक प्रभावी ढंग से अनुशंसा कर सकता है। "कम विरूपण" अपने आप में एक पूर्ण विशिष्टता नहीं है।

वास्तविक प्रणाली में लेंस को कैसे मान्य करें

डेटाशीट एक प्रारंभिक बिंदु है, एप्लिकेशन परीक्षण का विकल्प नहीं। दृश्य के इच्छित क्षेत्र में एक कैलिब्रेटेड ग्रिड या अन्य उपयुक्त संदर्भ लक्ष्य का उपयोग करें। केंद्र और किनारे के प्रदर्शन की जांच करें, जहां प्रासंगिक हो, रीफोकसिंग या रीमाउंटिंग के बाद माप को दोहराएं, और वास्तविक कार्य दूरी पर परिणाम को सत्यापित करें।

यदि एप्लिकेशन तापमान सीमा पर संचालित होता है, तो प्रतिनिधि थर्मल स्थितियां शामिल करें। यदि सॉफ़्टवेयर सुधार योजना का हिस्सा है, तो केवल कच्ची छवि का मूल्यांकन करने के बजाय पूरी छवि-प्रसंस्करण श्रृंखला को मान्य करें।

स्पष्ट स्वीकृति मीट्रिक को परिभाषित करना भी उपयोगी है। यह अंशांकन के बाद अधिकतम अवशिष्ट त्रुटि, मापे गए आयाम की पुनरावृत्ति, या निर्दिष्ट छवि स्थानों पर स्थिति त्रुटि हो सकती है। सही मीट्रिक उपयोग के मामले पर निर्भर करता है।

जहां बोशी ऑप्टिक्स मदद कर सकता है

बोशी ऑप्टिक्ससुरक्षा, औद्योगिक इमेजिंग, ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक्स, मेडिकल इमेजिंग और अन्य कैमरा अनुप्रयोगों के लिए ऑप्टिकल उत्पादों का समर्थन करता है। कॉम्पैक्ट लेंस या एप्लिकेशन-विशिष्ट ऑप्टिकल कॉन्फ़िगरेशन की आवश्यकता वाली परियोजनाओं के लिए, ग्राहक समीक्षा करके शुरुआत कर सकते हैंM12 लेंस रेंजया अनुकूलित ऑप्टिकल उत्पादों के माध्यम से आवश्यकताओं पर चर्चा करना।

उपयोगी तकनीकी चर्चा के लिए, सेंसर मॉडल, लक्ष्य आकार, देखने का क्षेत्र, कार्य दूरी, उपलब्ध यांत्रिक आवरण, ऑपरेटिंग वातावरण और आवश्यक माप सहनशीलता प्रदान करें। ये विवरण यह स्थापित करने में मदद करते हैं कि क्या एक मानक लेंस उपयुक्त है या क्या अधिक विशिष्ट डिज़ाइन का मूल्यांकन किया जाना चाहिए।

निष्कर्ष: वह त्रुटि निर्दिष्ट करें जिसे आप स्वीकार कर सकते हैं

मशीन विज़न लेंस का चयन केवल एक स्पष्ट छवि की खोज नहीं है। जब सिस्टम गति को मापता है, संरेखित करता है या निर्देशित करता है, तो ज्यामितीय निष्ठा संकल्प जितनी ही महत्वपूर्ण हो सकती है।

एप्लिकेशन की सहनशीलता से प्रारंभ करें. समझें कि दृश्य के क्षेत्र में विकृति कहाँ मायने रखती है। तय करें कि ऑप्टिकल प्रदर्शन और अंशांकन एक साथ कैसे काम करेंगे, फिर यथार्थवादी परिस्थितियों में संपूर्ण कैमरा सिस्टम को मान्य करें।

सबसे उपयोगी प्रश्न केवल यह नहीं है, "क्या इस लेंस में कम विरूपण है?" यह है, "क्या यह इमेजिंग प्रणाली बार-बार आवश्यक सटीकता को पूरा कर सकती है, जिस तरह से इसका वास्तव में उपयोग किया जाएगा?"