Campo de visão angular zero: eliminação de erro de paralaxe
Lentes convencionais têm campos de visão angulares (AFOV) de modo que, à medida que a distância entre a lente e o objeto aumenta, a ampliação diminui. É assim que a visão humana se comporta e contribui para nossa percepção de profundidade. Este AFOV resulta emparalaxe, também conhecido como erro de perspectiva, que diminui a precisão, pois a medição observada do sistema de visão mudará se o objeto for movido (mesmo quando permanecer dentro da profundidade de campo [DOF]) devido à mudança de ampliação. As lentes telecêntricas eliminam o erro de paralaxe característico das lentes convencionais por terem um FOV constante e não angular; a qualquer distância da lente, uma lente telecêntrica sempre terá o mesmo FOV. Vejafigura 1para a diferença entre um campo de visão não telecêntrico e um telecêntrico.
O FOV constante de uma lente telecêntrica tem benefícios e restrições para aplicações de medição. A principal vantagem de uma lente telecêntrica é que sua ampliação não muda em relação à profundidade.Figura 2mostra dois objetos diferentes em diferentes distâncias de trabalho (WD), fotografados tanto por uma lente de distância focal fixa (não telecêntrica) (centro) quanto por uma lente telecêntrica (direita). Observe que na imagem tirada com uma lente telecêntrica, é impossível dizer qual objeto está na frente do outro. Com a lente de distância focal fixa, é bastante óbvio que o objeto que parece menor está posicionado mais longe da lente.
EnquantoFigura 2é drástico em termos de uma mudança de WD, ilustra a importância de minimizar o erro de paralaxe. Muitas tarefas de inspeção automatizadas são objetos de imagem que se movem através do FOV de um sistema de imagem, e a posição das peças raramente é perfeitamente repetível. Se o WD não for idêntico para cada objeto que a lente está imageando, a medição de cada objeto variará devido à mudança de ampliação (veja Resolução para saber mais sobre ampliação e como ela é definida). Um sistema de visão de máquina que produz resultados diferentes com base em um erro de calibração de ampliação (que é inevitável com uma lente de distância focal fixa) é uma solução não confiável e não pode ser usada quando alta precisão é necessária. Lentes telecêntricas eliminam a preocupação com erros de medição que ocorreriam devido a fatores como um transportador vibratório ou localizações de peças inexatas.
Lentes Telecêntricas e Profundidade de Campo
É um equívoco comum que lentes telecêntricas inerentemente tenham uma DOF maior do que lentes convencionais. Embora a DOF ainda seja governada pelo comprimento de onda e f/# da lente, é verdade que lentes telecêntricas podem ter uma DOF utilizável maior do que lentes convencionais devido ao desfoque simétrico em ambos os lados do melhor foco. À medida que a parte sob inspeção se move em direção ou para longe da lente, ela seguirá o AFOV (ou o raio principal) que está associado a ela. Em uma lente não telecêntrica, quando um objeto é movido para dentro e para fora do foco, a parte fica desfocada assimetricamente devido à paralaxe e à mudança de ampliação que está associada ao seu AFOV. Lentes telecêntricas, no entanto, ficam desfocadas simetricamente, pois não há componente angular no FOV. Na prática, isso significa que características como bordas retêm sua localização no centro de massa; uma medição precisa ainda pode ser feita quando o objeto está além do melhor foco, desde que o contraste permaneça alto o suficiente para que o algoritmo usado pelo sistema de visão de máquina funcione corretamente.
Embora possa parecer contraintuitivo, o desfoque pode ser usado vantajosamente em certas aplicações com lentes telecêntricas. Por exemplo, se um sistema de visão de máquina precisa encontrar a localização central de um pino, como mostrado emFigura 3a, a transição do branco para o preto é bem nítida quando a lente está em foco. EmFigura 3b, o mesmo pino é mostrado ligeiramente desfocado.
Observando um gráfico dos níveis de cinza da imagem a partir de um perfil de linha tirado na borda da peça, como emFigura 4, a inclinação da linha é muito mais rasa para a imagem ligeiramente desfocada, pois a borda do pino é espalhada por mais pixels. Devido ao desfoque simétrico da lente telecêntrica, esse desfoque ainda é utilizável, pois o centroide não se moveu e a quantidade de interpolação de subpixel necessária é reduzida. Isso reduz a sensibilidade às flutuações do nível de cinza causadas pelo ruído do sensor e permite que a localização do centro do pino seja encontrada de forma mais confiável e com maior repetibilidade.