Edellisessä blogissa kerrottiin miten linssin syvyysterävyysaluetta voidaan muuttaa konenäkösovelluksessa. Seuraava käytännön esimerkki valaisee tilannetta. 

Käytännön esimerkki syvyysterävyysalueesta   

Esimerkin laskelma on suuntaa-antava. Laskelmaan on valittu vertailtavaksi kaksi edustamamme SVS Vistek  kameravalmistajan konenäkökameraa, joissa on sama pikseliresoluutio (5 megapikseliä, 2448 X 2048 p), mutta eri kokoiset kennot. Tavoitteena olisi kuvata n. 400 mm x 300 mm alue 500 mm etäisyydeltä. Kameroihin valittiin tältä pohjalta sopivimmat linssit, joilla saadaan määritelty kuva-ala tuolta etäisyydeltä (F= 8 mm ja F = 16 mm). Kuva-alat eivät ole näillä linsseillä täysin samat, mutta periaatteessa sillä ei nyt tässä esimerkissä ole merkitystä. Kuvien pikseliresoluutio on siis suunnilleen sama. Syvyysterävyys on taulukossa laskettu kummallekin kameralle kahdella vaihtoehtoisella linssin aukolla (4 ja 8). Kuten taulukosta nähdään, kennokoon vaikutus syvyysterävyysalueeseen on merkittävä (koska linssien polttovälit ovat eri), kuten myös linssin aukon. Sallituksi hajontaympyrän halkaisijaksi laskelmassa valittiin 4 mikrometriä. 

Taulukko 1  Vertailu kahden kamera- ja linssiyhdistelmän syvyysterävyydestä eri kennokoolla ja aukolla 

Taulukko 1  Vertailu kahden kamera- ja linssiyhdistelmän syvyysterävyydestä eri kennokoolla ja aukolla

Usein helpoimmaksi keinoksi syvyysterävyyden kasvattamiseksi jää linssin aukon sulkeminen pienemmäksi, jos kennokokoon ja sitä kautta valitun linssin polttoväliin ei ole mahdollista vaikuttaa. Tällä onkin suuri vaikutus syvyysterävyyteen, mutta linssin aukon sulkeminen voi aiheuttaa toisen ongelman: valon riittävyys. Joudutaan ehkä tehostamaan valaistusta, miettimään kameran kennon herkkyyttä, pidennettyjä valotusaikoja ja muita ratkaisuja.  

Mitä siis tehdään, jos ei saada riittävän suurta syvyysterävyysaluetta valitulla kuva-alalla, kuvausetäisyydellä ja pikseliresoluutiolla? Entä jos kohde liikkuu niin nopeasti, että tarvitaan äärimmäisen lyhyitä valotusaikoja, eikä aukkoa voi sen takia sulkea riittävästi? 

Ratkaisuja ongelmiin 

Ongelma on haastava, mutta jotain kikkoja löytyy ainakin erikoistapauksissa. Jos kuvattava kappale liikkuu hitaasti tai on paikallaan, niin ratkaisuna voisi olla seuraava: 

  • Käytetään ohjattavaa linssiä, jonka fokus voidaan säätää mittausohjelmasta. Vaihtoehtoina ovat kameravalmistajien motorisoidut linssit (esim. SVS Vistekin MFT linssikamerat EXO Tracer ) tai nestelinssit.  Jos kuvausnopeus ja kohteen nopeus on pieni, on ehkä aikaa tarkentaa kohteisiin kuvausohjelmasta. Suurilla liikenopeuksilla tämä ei tietysti toimi. Joissakin tapauksissa voidaan staattisissa kohteissa jopa yhdistää eri fokustasojen kuvat siten, että yhdistelmäkuva on terävä kaikilla etäisyyksillä. Tätä tekniikkaa käytetään usein mikroskopiassa (”extended depth of field”), mutta myös konenäköön löytyy sovelluksia. 

Jos telesentrinen linssi ja taustavalaisin -yhdistelmä toimii sovelluksessa (silhuettikuvaus), voidaan tilanne ratkaista näin: 

  • Syvyysterävyyttä on mahdollisuus lisätä telerentrisillä linsseillä käyttämällä niiden kanssa telesentristä taustavalaisinta, jossa kaikkien lähtevien valonsäteiden suunta on kohtisuoraan kohti kameraa. Esimerkkinä on virtauskammio, jossa kuvataan läpinäkyvässä nesteessä liikkuvia partikkeleita. Kammion etu- ja takaseinä voivat olla läpinäkyviä, jolloin etupuolelta voidaan lasin läpi kuvata, ja toiselle puolelle voidaan asentaa telesentrinen taustavalaisin.  Telesentrinen taustavalaisin voi lisätä linssin syvyysterävyyttä jopa 20-30%. Lisäksi telesentrisen linssin avulla partikkeleiden dimensiot voidaan mitata laajalla etäisyysvälillä, mikä on etu, jos esimerkiksi kokojakaumaa on tarpeen määrittää.  

Konenäköjärjestelmän suunnittelu on aina kokonaisuus, jonka kaikki osat vaikuttavat toisiinsa, joten suunnittelussa pitää olla tarkkana. Joskus ollaan komponenttien valinnassa tilanteessa, jossa toimivien vaihtoehtojen löytyminen on haasteellista. Cheos Oy:ssä olemme aina valmiita etsimään asiakkaiden haastaviinkin kuvantamisongelmiin ratkaisuja yhdessä päämiestemme kanssa. Edustamamme linssivalmistajan VS Technology:n sivustolla on linssilaskuri, jolla voidaan mitoittaa konenäkölinssejä kamera- ja sovelluskohtaisesti, linkki löytyy myös sivultamme Teollisuuden kuvantaminen  kohdasta ”Optiikka”.