لنزهای Telecentric| راهنمای انتخاب و کاربرد آنها
لنز تلسنتریک(Telecentric Lens)
لنز Telecentric چیست؟
لنز Telecentric نوع خاصی از لنزها هستند که معمولاً برای به حداکثر رساندن عملکرد تصویربرداری استفاده می‌شوند. لنزهای Telecentric همچنین می‌توانند به کاهش اعوجاج و اندازه‌گیری دقیق، به ما کمک کنند. بیایید برای درک بهتر کلمه Telecentric آن را تقسیم کنیم؛ اصطلاح “ tele ” به معنای دور است. به همین ترتیب، اصطلاح “ center ” اشاره به ورودی روزنه دریچه، یعنی مرکز اصلی یک سامانه اپتیکی دارد. بنابراین، در لنزهای Telecentric ، روزنه لنز دقیقاً روی صفحه کانونی قرار می‌گیرد. در نتیجه، پرتوهای ورودی روی ورودی مردمک (entrance pupil) متمرکز می‌شوند. ورودی مردمک گویی عملاً به نظر می‌رسد که در بی‌نهایت قرار گرفته است.
این لنزها برای دوربین‌هایی که فاصله زیادی با سوژه دارند؛ به‌منظور ثبت تصاویر واضح‌تر استفاده می‌شوند. همچنین، لنزهای Telecentric میدان دید (FOV) واضح‌تری از یک تصویر ارائه می‌دهند.
قبل از اینکه ادامه دهیم، باید تئوری اصلی عکس‌گرفتن و همچنین چگونگی عملکرد بی‌نظیر لنزهای Telecentric در ثبت عکس‌های باشکوه را درک کنید.
همان‌طور که از نام آن پیداست، پرتوهای لنز Telecentric از وسط روزنهٔ لنز، به‌صورت موازی عبور می‌کنند. این پرتوها می‌توانند در پشت یا جلوی سیستم بینایی قرار گیرند. سپس، پرتوهای تثبیت‌شده در لنز به اجزا تصویربرداری ارسال می‌شوند.
بنابراین، لنزهای Telecentric برای کاربردهای مختلف بینایی ماشینی، به‌ویژه هنگامی که فاصله بین هدف و دوربین تقریباً زیاد است؛ ایده‌آل هستند.
لنزهای Telecentric برای کاربردهایی که نیاز به اندازه‌گیری دقیق یا تراز دقیق دارند؛ نیز مناسب هستند.
این لنزها طراحی اپتیکی منحصربه‌فردی دارند که اندازه تصویر جسم را ثابت نگه می‌دارند. این کار بدون توجه به فاصله بین لنز و جسم انجام می‌شود. برای درک بهتر این مطلب به تصویر زیر توجه کنید.
این ویژگی، باعث می‌شود که لنزهای Telecentric به‌ویژه در اندازه‌گیری، کنترل کیفیت و بازرسی مفید باشند. بسیاری از شرکت‌ها از لنزهای Telecentric در کاربردهای بینایی ماشین که نیاز به اندازه‌گیری دقیق جسم یا موقعیت یک جسم دارند؛ استفاده می‌کنند .
علاوه بر ویژگی‌های فوق، لنزهای Telecentric دارای اعوجاج کمی هستند. این موضوع، آنها را در کاربردهایی که تراز دقیق ضروری است، ایده‌آل می‌کند. به‌عنوان‌مثال، لنزهای Telecentric در روباتیک، اسکن سه‌بعدی و سایر سیستم‌های خودکار یافت خواهید کرد. از این لنزها در زمینه میکروسکوپ نیز استفاده می‌شود.
لنزهای Telecentric چه ویژگی‌هایی دارند؟
لنزهای غیر Telecentric یا همان لنزهای معمولی ممکن است برای کاربردهای بینایی ماشین مناسب نباشند. علت نامناسب‌بودن لنزهای معمولی، عدم توانایی در اندازه‌گیری‌های تکرارشونده و بسیار دقیق با سرعت بالا است. در عوض، لنزهای Telecentric به بالاترین دقت ممکن، دست می‌یابند.
در ادامه، ویژگی‌های استثنایی لنزهای Telecentric را موردبحث قرار می‌دهیم:
1) بزرگ‌نمایی ثابت
لنزهای معمولی در ترکیبات مختلف بزرگ‌نمایی‌های متفاوت، ارائه می‌دهند؛ بنابراین اندازه تصویر شیء، تقریباً متناسب با تغییر موقعیت مکانی شیء تغییر می‌کند.
این ویژگی لنزهای Telecentric در کاربردهای اندازه‌گیری بسیار
مفید است؛ زیرا اندازه شیء در تصویر تغییر
نمی‌کند و این ویژگی اندازه‌گیری دقیق را آسان‌تر می‌کند.
2) عمق میدان زیاد
ازآنجایی‌که در لنزهای Telecentric مردمک ورودی دور است؛ لنز Telecentric عمق میدان بسیار بیشتری از یک لنز معمولی دارد. در کاربردهایی که به عمق میدان قابل‌توجهی نیاز دارند؛ مانند سیستم‌های بینایی ماشین، لنزهای Telecentric بسیار مفید و کارآمد هستند.
3) کاهش اعوجاج
اعوجاج یک مسئله رایج است که می‌تواند دقت اندازه‌گیری را محدود کند. به یاد داشته باشید، حتی می‌تواند بر اپتیک با بهترین عملکرد تأثیر بگذارد.
اپتیک‌های معمولی، مقادیر اعوجاج متفاوتی دارند که اعوجاج حاصل اندازه‌گیری دقیق را دشوار می‌کند. علاوه بر این، با لنزهای غیر Telecentric، همه چیز مخرب‌تر می‌شود.
ازآنجایی‌که مردمک ورودی در لنزهای Telecentric دور است، اعوجاج Perspective یا همان سوژهٔ تصویربرداری کاهش می‌یابد. در کاربردهایی که نیاز به کاهش اعوجاج Perspective دارند، مانند عکاسی معماری، لنزهای Telecentric مفید هستند.
4) وضوح‌بالا
لنزهای Telecentric وضوح‌بالایی دارند. این ویژگی، لنزهای Telecentric را در کاربردهایی که به وضوح‌بالا نیاز دارند، به‌عنوان‌مثال، میکروسکوپ، مترولوژی و بینایی ماشین مفید می‌سازد.
5) قطعیت
تعیین موقعیت واقعی لبه‌های جسم، به‌ویژه زمانی که نور پس‌زمینه وجود دارد، چالش‌برانگیز است. علت این چالش همپوشانی پیکسل‌های تاریک جسم با پیکسل‌های روشن در پس‌زمینه است. لنزهای Telecentric می‌توانند بر این اثر غلبه کنند و تصویر واضح‌تری ارائه دهند.
به طور خلاصه، لنزهای Telecentric دارای ویژگی‌های منحصربه‌فرد بسیاری هستند که آنها را در کاربردهای مختلف ایده‌آل می‌کنند.
این نوع لنز Telecentric دیافراگم روزنه را روی صفحه کانونی فضایی تصویر متصل می‌کند.وقتی دیافراگم روزنه لنز روی دوربین قرار دارد، فاصله لبه تصویر تغییر می‌کند. بااین‌حال، این به معنای تغییر ارتفاع تصویر نیست.به طور خلاصه، این نوع لنز می‌تواند تصویر را ثبت کند؛ درحالی‌که اندازه جسم اندازه‌گیری‌شده، دست‌نخورده باقی بماند؛ بنابراین، لنزهای Telecentric برای کاربردهای صنعتی که به اعوجاج کم نیاز دارند، مناسب هستند.
:Image Space Telecentric Lens
فاصله بین سنسور دوربین و لنز با جسم در لنزهای Telecentric مهم نیست. این لنزها همچنان می‌توانند تصاویری با همان اندازه ایجاد کنند. مردمک خروجی در این نوع از لنزهای Telecentric بی‌نهایت است. در نتیجه، این نوع لنز می‌تواند در فواصل مختلف فوکوس کند و تصویری بدون تأثیر بر اندازه ایجاد کند.
Bi-Telecentric Lens:
لنز Bi-Telecentric یک نوع منحصربه‌فرد است که ویژگی‌های هر دو نوع قبلی را ادغام می‌کند.این لنزها پایدار و دقیق هستند. این نوع از لنزها دارای اعوجاج کم، عمق میدان زیاد و بزرگ‌نمایی بالا هستند.
لنزهای Bi-telecentric برای پردازش تصویر، بینایی ماشین و صنعتی استفاده می‌شوند.
لنزهای telecentric چگونه کار می‌کنند؟
لنزهای Telecentric زاویه لبه سنسور تصویر و پرتوهای نور را کاهش می‌دهند. با این کار، اعوجاج کمی ایجاد می‌کنند و کیفیت تصویر گرفته شده را بهبود می‌بخشند.در اپتیک‌های معمولی، پرتوهای نور معمولاً هنگام خروج از لنز در زوایای مختلف خم می‌شوند. بااین‌حال، یک لنز Telecentric متفاوت عمل می‌کند. پس از خروج پرتوها از لنز، تمام پرتوهای نور موازی می‌ماند.با مقایسه تصاویر گرفته شده توسط لنزهای معمولی و Telecentric می‌توانید به‌سرعت تفاوت را مشاهده کنید. متوجه خواهید شد که تصاویر گرفته شده توسط لنزهای Telecentric دقت و جزئیات بیشتری دارند.پرتوهای نور به حالت موازی، به لنزهای Telecentric اجازه می‌دهند تا روی اجسام دور فوکوس کنند.اکنون،ممکن است تعجب کنید که لنزهای Telecentric چگونه کار می‌کنند و تصاویر دقیقی را ثبت می‌کنند؟ راز عملکرد لنزهای Telecentric در ساختار آنها نهفته است.در لنزهای Telecentric ، دو عدسی با فواصل کانونی متفاوت در کنار هم قرار می‌گیرند. اولین عدسی نور را از جسم می‌گیرد. پس از آن، نور را روی لنز دوم متمرکز می‌کند. در نهایت، لنز دوم، نور را به قسمت پشتی دستگاه، یعنی روزنه می‌تاباند. این مکانیزم میزان نور ورودی به سنسور را کنترل می‌کند. این ساختار تضمین می‌کند که فقط پرتوهای نور موازی با سطح آن می‌توانند؛ عبور کنند.در نتیجه، تصاویر دقیقی دریافت می‌کنید؛ زیرا تمام انحرافات ناشی از پرتوهای خارج از محور حذف می‌شوند. این ویژگی با لنزهای معمولی قابل‌دستیابی نیست.
تفاوت لنز Telecentric و لنز معمولی چیست؟
شما باید بدانید که لنزهای Telecentric چه تفاوتی با لنزهای معمولی دارند.در اینجا بزرگ‌نمایی، نقطه اصلی مقایسه است. همان‌طور که می‌دانید بزرگ‌نمایی به فاصله بین عدسی و جسم بستگی دارد.لنزهای معمولی هنگام ثبت تصاویر، میدان دید زاویه‌ای دارند؛ بنابراین، هر چه فاصله بین دوربین و جسم بیشتر باشد؛ اندازه آن کوچکتر می‌شود.بنابراین، اگر می‌خواهید جسم شما با یک لنز معمولی، بزرگ‌نمایی شود؛ باید به جسم نزدیک‌تر شوید. متأسفانه، این نمای میدان زاویه‌ای، باعث خطا چشم‌انداز یا همان Perspective می‌شود.با این‌حال، لنز Telecentric کاملاً برعکس لنز معمولی است. زاویه میدان دید، تعیین‌کننده فاصله، ارتفاع یا اندازه نیست. علاوه بر این، مقادیر اعوجاج در لنزهای Telecentric در مقایسه با لنزهای معمولی پایین هستند.
چه زمانی باید از لنزهای Telecentric استفاده کرد؟
استفاده از لنز Telecentric فقط به یک یا دو نیاز محدود نمی‌شود.موقعیت‌های مختلفی وجود دارند که لنزهای Telecentric می‌توانند، نتایج بهتری نسبت به لنزهای معمولی داشته باشند. در ادامه چند سناریو برای استفاده از لنزهای Telecentric آورده شده است:
زمانی که نیاز به اندازه‌گیری یک جسم ضخیم یا سنگین دارید از لنزهای Telecentric استفاده کنید. اگر ضخامت جسم بزرگ‌تر از 10/1 قطر FOV باشد؛ لنزهای Telecentric می توانند عملکرد بهتری داشته باشند.
- هنگامی که نیاز به عکس‌برداری از لبه‌ها و اندازه‌های مختلف، از یک جسم دارید؛ می‌توانید از لنزهای Telecentric استفاده کنید.
- زمانی که از فاصله بین دوربین و جسم مطمئن نیستید؛ لنزهای Telecentric بهترین انتخاب هستند.
- هنگامی که نیاز به اندازه‌گیری یا بازرسی اندازه یک سوراخ باشد؛ لنزهای Telecentric مناسب هستند.
- هنگامی که می‌خواهید در تصویر، سطح روشنایی ثابتی از جسم را ثبت کنید.
همه این موارد، دلایلی هستند که باید از لنزهای Telecentric استفاده کنید.
مزایا و معایب لنزهای Telecentric چیست؟
تابه‌حال مزایای بسیاری از لنزهای Telecentric را مشاهده کرده‌اید. درحالی‌که در مورد جنبه مثبت لنزهای Telecentric صحبت می‌کنیم؛ نباید فراموش کنیم که جنبه‌های منفی نیز در لنزهای Telecentric وجود دارند. البته این نکات منفی قابل‌چشم‌پوشی هستند. اما این بدان معنا نیست که از ذکر آنها خودداری کنیم؛ بنابراین، این بخش شامل مزایا و معایب لنز Telecentric است:
مزایا:
1) عمق میدان فوق‌العاده وسیع:
اولین مزیت لنزهای Telecentric عمق میدان فوق‌عریض است. این بدان معناست که می‌توانید از زوایای مختلف بر روی جسمی که می‌خواهید عکس بگیرید، فوکوس کنید. لنزهای Telecentric در موقعیت‌هایی که تصویر سه‌بعدی گرفته می‌شود؛ کمک می‌کنند.
2) اعوجاج کم:
یکی دیگر از مزایای لنزهای Telecentric اعوجاج کم است؛ یعنی تصویر خروجی، یک کپی نزدیک از جسم است که حداقل اعوجاج یا تاری را دارد. به‌طورکلی، اعوجاج کم نشان‌دهنده یکپارچگی و سطح دقت بالا است.اعوجاج یک مسئله رایج در لنزها است که بر دقت اندازه‌گیری تأثیر می‌گذارد. همچنین، حتی اپتیک‌های سطح بالا نیز تحت‌تأثیر درجاتی از اعوجاج قرار می‌گیرند.لنزهای Telecentric با کیفیت بالا، درجه اعوجاج کمی را ارائه می‌دهند؛ بنابراین، اگر کیفیت تصویر سطح بالا همان چیزی است که می خواهید، لنزهای Telecentric بهترین گزینه برای شما هستند.
3) طراحی خطوط موازی منحصربه فرد:
همه به طراحی خطوط موازی تصاویر خود اهمیت نمی‌دهند. اما، برای کسانی که این کار را انجام می‌دهند؛ این ویژگی، یک عامل مهم در انتخاب است.
بر خلاف لنزهای معمولی، لنزهای Telecentric دارای طرح‌های موازی خارق‌العاده و منحصربه‌فردی هستند که تصویر را بهتر نشان می‌دهند.
این ویژگی یکی از ویژگی‌هایی است که بسیاری از افراد را به سمت لنزهای Telecentric می‌کشاند.
4) مقاوم در برابر انحرافات:
لنزهای Telecentric نیز دارای مقاومت انحرافی هستند. به طور خلاصه، این لنزها می‌توانند تصاویر دقیق‌تر و واضح‌تری با اعوجاج صفر تولید کنند.
معایب:
1) قیمت بالا
لنزهای Telecentric نسخه بهبودیافته لنزهای معمولی هستند. این لنزها از فناوری پیشرفته استفاده می‌کنند. علاوه بر این، لنزهای Telecentric از مواد گران‌قیمت ساخته شده‌اند؛ بنابراین، لنزهای Telecentric گران هستند. در نتیجه، افراد زیادی نمی‌توانند لنزهای Telecentric را بخرند.
2) سایز بزرگ:
لنزهای Telecentric بزرگ هستند و چندان قابل‌حمل نیستند. اگر برنامه‌ای برای آوردن یک بسته بزرگ ندارید، ممکن است نتوانید لنز Telecentric را حمل کنید.
3) وزن:
یکی دیگر از معایب لنزهای Telecentric سنگین بودن آنهاست.
همان‌طور که می‌بینید، مزایای لنزهای Telecentric بر معایب آن غلبه می‌کنند؛ بنابراین، توصیه می‌کنیم قبل از خرید لنزهای Telecentric، روی جنبه‌های مثبت آنها تمرکز کنید.
کاربرد لنزهای Telecentric در صنعت بینایی ماشین چیست؟
کنترل کیفیت و بازرسی، دو فرایند عمده‌ای هستند که در تولید دنبال می‌شوند. امروزه بسیاری از صنایع برای انجام این عملیات به فناوری‌های پیشرفته متکی هستند و صنعت بینایی ماشین نیز از آن مستثنی نیست.
برخی از کاربردهای لنزهای Telecentric در صنعت بینایی ماشین به شرح زیر است:
- تولید تجهیزات و مواد پزشکی
- ساخت باتری‌های لیتیوم یونی
- صنعت نساجی
- تولید قطعات خودرو
- ساخت نیمه‌هادی‌ها
- صنایع چاپ و انرژی خورشیدی
- تولید قطعات موبایل
- تولید لوازم الکترونیکی
لنزهای Telecentric، یک عنصر حیاتی در صنعت بینایی ماشین هستند. این دستگاه “ vision” را به همان وضوحی که می‌توانید تصور کنید؛ ارائه می‌دهند.
کاربردهای دیگری نیز وجود دارد که می‌توان از لنزهای Telecentric استفاده کرد. می‌توان از آنها برای دوربین‌ها و همچنین میکروسکوپ‌ها استفاده کرد.
به‌عنوان‌مثال، هنگامی که می‌خواهید مطمئن شوید که کوچک‌ترین جزئیات جسم را ثبت کرده‌اید. تنها زمانی امکان‌پذیر است که از لنزهای Telecentric استفاده کنید.
همچنین از این لنزها می‌توان برای بازرسی اشیا و سایر مواد استفاده کرد.
حتی در زمینه‌های پزشکی، اندام‌ها و بافت‌های بدن با لنزهای Telecentric قابل‌مشاهده و ضبط است.
همان‌طور که می‌بینید؛ کاربردهای لنزهای Telecentric بسیار زیاد است.
چگونه لنز Telecentric مناسب را انتخاب کنیم؟
مردم اغلب می‌پرسند هنگام انتخاب لنز Telecentric مناسب به چه چیزی توجه کنند. انتخاب لنز Telecentric مناسب می‌تواند مشکل باشد.
بنابراین، برای جلوگیری از انتخاب لنز اشتباه، به دنبال اجزا و ویژگی‌های زیر باشید:
CMOS یا اندازه سنسور:
نگران نباشید؛ ما این اصطلاح را بهتر توضیح خواهیم داد. هنگام انتخاب لنز Telecentric، باید اندازهٔ سنسور، بزرگ‌تر یا برابر با Optical Size (اندازه اپتیکی) دوربین باشد.
در غیر این صورت، رزولوشن سازگار نخواهد بود و هدر خواهد رفت.
نوع رابط یا همان interface:
رابط لنز Telecentric تقریباً با لنزهای معمولی یکسان است؛ بنابراین، قبل از خرید باید نوع رابط را در نظر بگیرید.
بزرگ‌نمایی:
محدوده تصویربرداری باتوجه‌به سطح مقطع CMOS تعیین می‌شود. برای بزرگ‌نمایی بهتر، جسم باید در یک محدوده خاص، یعنی محدوده Telecentric باقی بماند.
محدوده عمق میدان:
محدوده عمق میدان به ویژگی‌های اپتیکی میدان و اندازه میدان مربوط می‌شود. در واقع عمق میدان با طول‌موج و عدد F لنز تعیین می‌شود. لنزهای Telecentric اغلب عمق میدان بزرگ و قابل‌تنظیم‌تری نسبت به لنزهای معمولی دارند.
فاصله کانونی:
فاصله کانونی یک لنز Telecentric اهمیت زیادی دارد. مطمئن شوید که فاصله کانونی را محاسبه کرده‌اید.
لنزهایی با فاصله کانونی ثابت، اغلب دارای میدان دید زاویه ای هستند که این ویژگی منجر به تصویربرداری کوچکتر از اشیاء می شود ، به همین دلیل است که برای تصویر برداری با فاصله دور به لنزهای Telecentric نیاز دارید.
نرخ فریم:
نرخ فریم قابل‌دستیابی، اغلب تحت‌تأثیر خروجی دوربین است؛ بنابراین، قبل از اینکه به سراغ آن بروید، باید از سازگاری لنز و دوربین مطمئن شوید.
دوربین رنگی یا دوربین سیاه‌سفید:
در سیستم‌های بینایی، اغلب از دوربین‌های رنگی استفاده می‌کنند. بااین‌حال، کسانی هستند که از دوربین‌های سیاه‌سفید استفاده می‌کنند. اما اگر می‌خواهید در طول بررسی کیفیت، ناهنجاری‌ها و عیوب را هم تشخیص دهید؛ باید دوربین‌های رنگی را ترجیح دهید. لنزهای Telecentric می‌توانند نمایش رنگ دقیقی را برای یک جسم در فاصله زیاد فراهم کنند.
قیمت:
در آخر، باید قیمت لنز Telecentric را نیز در نظر بگیرید.
لنز Telecentric ممکن است نکات فوق را برآورده کند؛ اما هزینه به‌تنهایی می‌تواند دغدغه اصلی شما باشد. قبل از شروع، ما به شما توصیه می‌کنیم یک نظرسنجی در مورد قیمت لنزهای Telecentric انجام دهید.
