06. 01. 2015 |
Objektiv je čočka nebo soustava čoček, vytvářející opticky změněný obraz, který se obvykle ještě dále zpracovává. Ačkoliv jako primitivní objektiv poslouží jakákoli spojná čočka, či dokonce pouhý otvor v neprůsvitném materiálu, v praxi se používají optické soustavy čoček několik různých druhů čoček kvůli potlačení různých optických vad. Taková optická soustava pak může být schopná i měnit svoji ohniskovou vzdálenost tzv. „zoomovat“
V objektivech kamer bývá zabudovaná clona, která dovoluje regulovat množství světla, které objektivem prochází. Podle své ohniskové vzdálenosti (úhlu záběru) se objektivy rozlišují na čtyři základní skupiny:
- Objektivy s pevným ohniskem
- Makro objektivy a pro řádkové kamery
- Telecentrické objektivy
- Speciální objektivy (3D optika)
- Varifokální a zoom
Dalším faktorem, který určuje vlastnosti objektivu, je světelnost. Je to bezrozměrná hodnota, číslo udávající hodnotu jmenovatele ve zlomku s čitatelem 1, tedy podíl světla, který objektiv propustí. Teoreticky ideální objektiv propouští veškeré světlo v úhlu záběru, měl by tedy ve jmenovateli mít 1 (1/1) tedy světelnost 1. Reálné objektivy vždy část světla pohltí – proto mají číslo světelnosti vyšší (např. 2 propustí ½ - polovinu, 5 propustí 1/5 – pětinu a podobně). Hodnota f/1 byla prolomena například objektivem Leica Noctilux 50 mm f/0.95. Těchto hodnot lze dosáhnout především zvětšováním přední čočky – do těla se dostane více světla, než by zachytil ideální objektiv.
Číslo světelnosti bývá většinou celé, nebo uváděné na jedno desetinné místo. Světelnost objektivu lze regulovat zacloněním směrem k vyšším hodnotám - na stupnici clony fotografických přístrojů jsou obvykle některé hodnoty uvedeny (např. 5, 6… 11 a podobně). Nejde však o vlastnost objektivu, ale pomocného zařízení - clony. Nejnižší clona je obvykle shodná se světelností objektivu (necloní, je plně otevřená). Někdy je tato hodnota uváděna jako zlomek s čitatelem f (např. f/6). Na objektivech pro fotografii se ze zlomku objevuje často jen jmenovatel spolu s ohniskovou vzdáleností (např. 2,2 – 32 mm nebo třeba 1,8/50mm) popř. se uvádí rozsahy u zoomů.
Poslední hodnota, která je pro objektivy důležitá, je hloubka ostrosti. Je to hodnota udávající rozsah vzdálenosti, ve které je objektiv schopen vykreslit obraz ostře. Kromě zobrazování vzdálených předmětů existují objektivy, které pracují na extrémně krátké vzdálenosti – objektivy mikroskopů, jejichž hloubka ostrosti se měří na desetiny milimetru u objektivů optických, a u objektivů elektronových mikroskopů dosahuje ještě daleko nižší hodnoty.
Optická soustava
Optická soustava, kterou je ve většině případů kamerový objektiv spolu s vhodným osvětlením, má za úkol vytvořit snímači obrazu takový dvojrozměrný obraz třírozměrné skutečnosti, který obsahuje vyhodnotitelnou informaci potřebnou pro vyřešení úlohy strojového vidění. Optická soustava vytváří obraz, který by měl, vzhledem k požadavkům úlohy, splňovat tyto parametry:
- Dostatečné rozlišení
- Vhodný kontrast
- Dostatečnou hloubku ostrosti
- Přijatelné geometrické zkreslení
- Přijatelné perspektivní zkreslení
Je však třeba si uvědomit, že tyto parametry nejsou nezávislé a jsou ovlivňovány zaostřením a zacloněním objektivu. V praxi je navíc optimální volba optické soustavy omezována dalšími okolnostmi. Kameru mnohdy nelze umístit do optimální snímací vzdálenosti od snímaného objektu. Velmi často, zvláště v úloze měření, nelze splnit extrémní požadavky vysokého rozlišení ve velkém zorném poli. Kvalifikovaný návrh a nastavení optické soustavy vyžadují detailní znalosti principů geometrické a často i fyzikální optiky a podrobné znalosti parametrů použitého objektivu. Vždy však platí, že na objektivy používané pro strojové vidění jsou kladeny mnohem větší požadavky než na objektivy používané např. v kamerách pro dohledové systémy. Týká se to hlavně rozlišení a kontrastu, které jsou v méně kvalitních objektivech snižovány vinětací a nepřiměřenou vadou barvy nebo geometrického zkreslení způsobeného aberací. Pro strojové vidění jsou nevhodné také objektivy s proměnnou ohniskovou vzdáleností (zoom), u nichž je již z konstrukčních důvodů nemožné dosáhnout stability parametrů v celém rozsahu nastavení ohniskové vzdálenosti. Zvláštní postavení mezi chybami optické soustavy má perspektivní zkreslení obrazu. Vždy se projeví při promítání standardním objektivem. Nepříjemné je především v úlohách měření, neboť velikost obrazu objektu na snímači obrazu se mění podle vzdálenosti objektu od kamery. Perspektivní zkreslení nemá tzv. telecentrický objektiv, který je podrobněji popsán v článku Kouzlo telecentrických objektivů.
Zde na obrázcích lze vidět zobrazení telecentrického a normálního objektivu při snímání různých součástí.
Aplikace strojového vidění
Kamery jsou určeny pro jakoukoliv aplikaci s využitím nasnímaného obrazu a jeho následné vyhodnocení. Typickými aplikacemi může tedy například být:
- Počítání, kontrola úplnosti, zabalení (např. v potravinářském průmyslu lze kontrolovat správné naplnění lahví, správné nasazení zátky, počítání lahví v přepravce, atd.; ve farmaceutickém průmyslu počítání pilulek, úplnost blistru, poškození, všeobecně úplnost a správnost obsahu bedny nebo krabice před zavřením).
- Kontrola sestavení a montáže (např. před montáží i po montáži je potřeba kontrolovat samotný díl, jsou-li všechny části na místě, nemusí jít jen o strojní součástky – např. kontrola zalisování vodiče do konektoru, správnost přišití nášivky, osazení pojistkové skříně správnými pojistkami).
- Identifikace barev (použití barevných kamer např. ke kontrole správného nátěru, zda je objekt ve správné barvě, zda je díl vyroben z předepsaného materiálu; např. v potravinářském průmyslu lze objevit zkažené zboží).
- Čtení čárového kódu (rozpoznávání polohování, třídění slouží k identifikaci výrobku; např. stranového otočení, rozpoznávání správného dílu, archivace).
- Čtení textů, znaků, 2D kódů (podobné jako předchozí případ; při čtení data expirace se lze vyhnout tomu, že odejde zboží s prošlou expirační lhůtou, nalepení nesprávného štítku, atd.)
- Kontrola povrchu, potisků (slouží k identifikaci poškození hran, poškrábání povrchů, bubliny, trhliny, nesouvislá vrstva nanášeného tmelu nebo lepidla, atd.).
- Měření a kontrola toleranci (vše, co je v kameře vidět, lze i pomocí nástrojů počítačového vidění měřit – průměry otvorů, zaoblení hran, rozteče děr, délka závitů, apod.).
Zde jsou uvedené možné aplikace strojového vidění. Aplikace vytvořené firmou ELCOM jsou uvedené v záložce aplikace.
