マシンビジョンレンズ設計におけるこれらの特性

レンズの設計には、レンズの解像度、レンズの歪み、照明の均一性など、マシンビジョンシステムのパフォーマンスに直接影響する多くの重要な特性があります。マシンビジョンシステムで使用されるカメラ、レンズ、照明はすべて、画像の全体的な品質に重要な貢献をします。過去数年間のCMOSイメージセンサー技術の急速な発展は、レンズメーカーに大きな課題をもたらしました。センサーの解像度が上がるということは、多くのセンサーのピクセルが小さくなり、より高い解像度のレンズが必要になることを意味します。一方、高感度のために大きなピクセルサイズを維持する高解像度センサーは、通常、より大きなフォーマットを使用するため、より大きなフォーマットの高解像度レンズが必要になります。さらに、監視、スポーツ、航空写真、テーマパークの遊園地での写真撮影など、非常に長い焦点距離のレンズを必要とする多くのアプリケーションがマシンビジョンのカテゴリに含まれるようになり、対処する必要があります。レンズの設計では、レンズの解像度、空間的な歪み、レンズを通過する照明の均一性が、レンズの性能に重要な影響を及ぼします。変調伝達関数（MTF）理想的なレンズは、細部や明るさの変化など、オブジェクトに完全に一致する画像を生成できます。実際には、レンズがローパスフィルターとして機能するため、これが完全に可能というわけではありません。すべての収差を考慮に入れると、レンズの画質はその変調伝達関数によって定量的に表すことができます。 MTFは、異なるピッチ（ラインペア/空間周波数/ mm）のライン（グリッド）を再現するレンズの能力によって定義されます。区別できるラインペア/ mmが多いほど、レンズの解像度は高くなります。各空間周波数のMTFダイアグラムは、レンズによって引き起こされるコントラスト損失を示しています。粗い間隔の線などの大きな構造は、通常、比較的良好なコントラストで転送されます。細かい間隔の線などの小さな構造は、低コントラストで送信されます。任意の周波数または詳細での減衰量は、レンズの伝送効率を表すMTFによって分類されます。どのレンズでも、変調がゼロになるポイントがあります。この制限は通常、解像度制限と呼ばれ、通常は1ミリメートルあたりのラインペア（lp / mm）で表されるか、一部のマクロレンズを表す最小のラインサイズ（μm）で表されます。これは、レンズサイズ。適切な。 MTFはレンズの中心から端に移動して劣化します。これは、画像全体に公称解像度が必要な場合に重要な考慮事項です。 MTFは非点収差により、レンズの特定の点での線の方向によっても変化する可能性があり、測定中の絞り設定の関数でもあるため、レンズの性能を比較する際には注意が必要です。解像度をイメージセンサーのピクセルサイズに一致させるようにレンズを選択する必要があるため、ピクセルが小さいほど、レンズに必要な解像度は高くなります。レンズの歪み解像度の変化に加えて、すべてのレンズは一定量の空間歪みの影響も受けます。非線形の方法で画像を拡大または圧縮する方法は、センサー全体を正確に測定することを非常に困難にします。この問題を解決できるソフトウェアメソッドはいくつかありますが、オブジェクトの物理的な深さを考慮することができないため、ソフトウェアでこれらのエラーを修正するのではなく、高品質の低歪みレンズを選択することをお勧めします。原則として、焦点距離が短いレンズは、焦点距離が長いレンズよりも歪みが大きくなります。これは、光がより大きな角度からセンサーに当たるためです。より複雑なレンズ設計を使用すると、歪みを低く抑えることができます。多くのレンズメーカーは、空間歪みを0.1％程度に低減できるように、光学設計に懸命に取り組んでいます。照明の均一性レンズからのすべての画像にはケラレがあります。つまり、画像の中心から端までの光の強度が低下し、レンズの適用性に影響を与える可能性があります。メカニカルシェーディングは、ビームが機械的にブロックされている（通常はレンズホルダーによってブロックされている）ために画像のエッジがシェーディングされることです。これは主に、レンズのイメージサークル（またはフォーマット）がセンサーのサイズに対して小さすぎる場合に発生します。すべてのレンズは「Cos4ケラレ」の影響を受けます。これは、光が画像の端に到達し、浅い角度でセンサーに到達するために、より長い距離を移動する必要があるためです。これは、角度がセンサーの非感度部分、各ピクセルにマイクロレンズを備えたレンズに光を集中させる場合にも誇張されます。レンズが2fs停止すると、これを最小限に抑えることができます。センサー全体の照明の均一性を改善することにより、レンズメーカーは、画像にノイズを導入する可能性のある光強度補正の必要性を排除できます。レンズインターフェースレンズをカメラに固定するには、さまざまな標準レンズインターフェースを使用します。マシンビジョンアプリケーションで最も一般的に使用されるのはCマウントです。これは、コンピューター制御の絞りと焦点を提供する機能など、さまざまなレンズやアクセサリの恩恵を受けることができます。 CSマウントは一般的に使用されておらず、基本的にCマウントマウントと同じですが、フランジバックが5mm短くなっています。小型のレンズマウントシステム（Sマウントなど）は通常、ボードレベルのカメラやミニチュアカメラに使用されます。これらのレンズでは、最小限の調整しかできません。大判センサーやラインスキャンアプリケーションでは、より強力なM42マウント（Tマウントと呼ばれることもあります）がますます使用されていますが、より大きなFマウントシステムを使用できます。しかし、大判レンズは、絞りと焦点を自動的に制御する機能をサポートしていません。望遠レンズはマシンビジョンでも使用されており、最長焦点距離は最大600mmです。これらの大判レンズは主にプロの写真家向けに開発されており、電動絞りとズームも含まれており、特別なEFレンズマウントが必要です。現在、EFマウント機能とEFレンズを搭載したマシンビジョンカメラがますます製造されており、最近の直接販売契約により、その斬新な光学機能がより幅広いマシンビジョン市場に提供されています。