Новые датчики и приложения машинного зрения способствуют развитию оптики

Apr 27, 2023

Источник всех изображений: A3

Прежде чем любая камера сможет запечатлеть изображение объекта, объектив должен собрать рассеянный свет от объекта и правильно распределить его по активной области датчика. Это одна из причин, почему датчики камер и новые приложения машинного зрения, как правило, способствуют параллельному развитию оптики, а поставщики оптики должны постоянно развиваться по мере развития технологий машинного зрения.

«Мы постоянно видим, как приложения машинного зрения переходят к более высокому разрешению», — говорит Ник Сишка, недавно назначенный директором по разработке продуктов для обработки изображений в Edmund Optics. «Мы перестали замечать, что пиксели становятся значительно меньше, а вместо этого наблюдаем рост размеров сенсоров».

Поскольку такие компании, как Gpixel и Sony, продолжают выпускать сенсоры все большего размера (например, 152 МП), перед поставщиками оптики стоит задача не отставать. Эти объективы будут довольно большими — больше, чем полнокадровые объективы, обычно используемые в фотографии, — и до тех пор, пока не будут разработаны новые, лучшим вариантом может быть фотографический объектив среднего формата.

«Необходимо разработать линзы для очень больших сенсоров с диагональю 60,6 мм и разрешением более 150 МП», — говорит Марк Петерсон, соучредитель и вице-президент по передовым технологиям Theia Technologies. «К сожалению, стоимость разработки, большой размер объектива и первоначальный небольшой объем будут удерживать эти линзы по более высокой цене».

Джейсон Бэхлер, президент MORITEX North America Inc., согласен с этим. «При разработке оптики для все более крупных датчиков существует ряд проблем, особенно если размеры/шаг пикселей довольно малы», — говорит он. «Две основные проблемы — это контроль размера и стоимости линз/оптики для их совмещения с камерами, использующими такие новые датчики. Помимо проблемы решения проблем со всеми существующими датчиками камер, эти два фактора увеличивают необходимость компромисса в оптических технологиях. и механические конструкции».

Для бителецентрических объективов MORITEX разрабатывает переднюю/объективную линзу таким образом, чтобы обеспечить максимальное поле зрения и заданное разрешение. Эта передняя часть объектива может быть пригодна для широкого спектра форматов датчиков изображения, что сводит к минимуму разнообразие компонентов в ассортименте и оптимизирует стоимость самых дорогих компонентов телецентрических объективов. Однако задняя часть линзы (сторона изображения) варьируется в зависимости от формата изображения, и в результате длина не всегда оптимизируется.

По этой причине, отмечает Бэхлер, «мы по-прежнему предлагаем телецентрические линзы со стороны объекта различных форматов для приложений, требующих более ограниченного пространства». Однако эти объективы (MORITEX MML) можно использовать только с сенсором определенного формата или меньше, при условии, что размер крепления такой же. Для автоматизации производства и других нетелецентрических объективов с фиксированным фокусным расстоянием (когда какой-либо большой или мощный объектив не влияет на стоимость) компромиссы возрастают по мере универсальности и конкурентоспособности продуктов.

Минимизируя количество элементов в объективе и упрощая оптико-механические системы регулировки рабочего расстояния (WD), диафрагмы и фокусировки, объектив можно спроектировать для ограниченного диапазона рабочих расстояний и/или размера диафрагмы. Другой способ решить эту проблему — разработать продукты, охватывающие определенный диапазон форматов сенсоров, и предложить адаптеры для крепления, подходящие для различных камер.

«Преимущество этого подхода заключается в улучшенном разрешении, поскольку формат изображения сенсора становится меньше по сравнению с максимальным форматом изображения объектива», — объясняет Бэхлер. «В результате объектив, рассчитанный на диагональ изображения (или линию) 62 мм и размер пикселей 5 мкм, может соответствовать сенсору с пикселями 3 мкм и диагональю 43,5 мм».

В ответ на рост количества датчиков большего размера компания Navitar Inc. также разработала оптику, оптимизированную для использования с камерами большего формата. Один новый продукт подходит для высокотехнологичных промышленных применений, таких как проверка полупроводниковых пластин, проверка ПФД и МЭМС, а также для медико-биологических и биомедицинских приложений, таких как многолуночные эксперименты и визуализация клеток.

Джереми Гольдштейн, владелец и генеральный директор Navitar, отмечает, что новая оптика, позволяющая использовать преимущества камер большего формата, «позволяет Navitar предоставлять своим клиентам более широкие поля зрения, чтобы клиент мог видеть большую часть объекта одновременно. Это увеличивает объем обработки». пропускная способность и скорость сбора данных, что крайне важно для всех отраслей, как промышленных, так и медицинских».