Tipps für die Objektivauswahl zur Machine-Vision-Inspektion

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CS-Mount-Objektive haben genau wie C-Mount-Objektive einen Gewindedurchmesser von 1", jedoch einen kürzen Abstand zwischen Sensor und Objektiv (Back focal distance). Dadurch sind kürzere Brennweiten und größere Öffnungswinkel möglich, wobei die maximale Sensorgröße meist ½" ist. Für den Anschluss von C-Mount-Objektiven auf CS-Mount-Kameras sind 5m-Adapterringe erhältlich, damit bleibt eine eventuelle Neuanschaffung erspart. Dies funktioniert durch größeren Back focal distance der C-Mounts, der den CS-Mount vollständig erfasst, andersrum ist eine Adapterlösung genau aus diesem Grund nicht möglich.

Ein Sonderfall sind M12-Objektive, die mit einem Durchmesser von 12 mm und ihrer flachen Höhe sehr wenig Bauraum in Anwendungen beanspruchen. Sie sind oft nur wenige mm bis cm hoch. Diese meist kurzbrennweitigen Objektive, oftmals Fish-Eyes, sind mit einer festen Blende ausgestattet und eignen sich insbesondere für die Abdeckung großer Sichtfelder von 160° oder sogar 180°. Mit ihrer geringen Größe sind sie optimal für die Ausleuchtung von kleinen Sensoren bis 2/3" in OEM-Entwicklungen geeignet.

M12-Objektive kommen oft in Mobile Devices sowie dem Kfz- und Sicherheitsbereich zum Einsatz; Rückfahrkameras erfassen Einparkszenarien, Überwachungskameras erfassen große Flächen oder Wartungsingenieure erweitern mit kamerabestückten Datenbrillen ihr natürliches Blickfeld um eine weitere Dimension. Eine weitere Art von Spezialobjektiven für den Industriebereich sind Ruggedized-Objektive, die insbesondere für raue Umgebungen mit einem hohen Maß an Bewegung oder Erschütterung gedacht sind.

Auch in Anwendungen, in denen subpixelgenaue Messungen erforderlich sind, z.B. in 3D-Messsystemen für den Karosseriebau und die Prototypenfertigung sowie in Stereoskopiesystemen, lassen sich mit diesen stoßfesten Objektiven präzisere und stabilere Ergebnisse erzielen. Das gilt auch für Anwendungen, in denen die optische Achse unabhängig von der Objektivposition stabil sein muss sowie in rauen Umgebungen, etwa bei Druckmaschinen, Anwendungen der Schieneninspektion und anderen Situationen.

Um eine größtmögliche Stabilität der optischen Achse und eine perfekte Schwerkraftkompensation zu ermöglichen, sind sämtliche Glaselemente der stabilisierten Objektive verklebt. Eine besondere mechanische Konstruktion schützt gegen starke Vibrationen und Stoßbelastungen. Der Fokus-Einstellring beispielweise wird mit einer selbstsichernden Mutter an Ort und Stelle gehalten. Anstatt mechanischer Irisblenden mit beweglichen Verschlusslamellen werden zur Auswahl des Blendenwertes austauschbare Irisplatten verwendet, die eingeklebt werden können.

Die optimale Beleuchtung und geeignete Blende

Die Lichtverhältnisse einer Anwendung sind ein weiteres Kriterium bei der Auswahl des passenden Objektivs. Dabei wird sowohl die zur Verfügung stehenden Lichtmenge betrachtet als auch die Lichtfarbe bzw. Wellenlänge. Für die auf den Sensor treffende Lichtmenge ist innerhalb des Objektivs die Blende verantwortlich. Je nachdem wie weit offen oder geschlossen die Blende ist und wie lange belichtet wird, desto mehr oder weniger Licht trifft durch das Objektiv auf den Sensor.

Die Blendenzahl ist das Verhältnis der Brennweite zum Durchmesser der Blendenöffnung und zeigt den Öffnungsgrad der Blende. Der Öffnungsgrad ist für die Steuerung der Tiefenschärfe verantwortlich: je weiter offen die Blende, desto geringer die Tiefenschärfe, was eine geringe Auswertbarkeit über das gesamte Tiefe des Sichtfeldes bedeutet. Soll eine gleichbleibende Schärfe über einen Tiefenbereich des Bildes erreicht werden, muss dementsprechend eine wenig geöffnete Blende und/oder eine kurze Brennweite gewählt werden.

Datenzusammenführung

Sensor-Fusion für Embedded-Vision-Applikationen

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