Tối ưu độ sắc nét hệ thống xử lý ảnh với lens camera Hikrobot chính hãng

Độ phân giải của camera không đồng nghĩa với độ phân giải thực tế mà hệ thống Machine Vision có thể đạt được. Cảm biến có thể sở hữu hàng triệu điểm ảnh, nhưng nếu lens camera Hikrobot không truyền đủ chi tiết quang học tới cảm biến, các đặc trưng quan trọng của sản phẩm như biên cạnh, vết xước, khuyết tật nhỏ hoặc sai lệch hình học vẫn có thể bị suy giảm, khiến độ tương phản giảm và sai số nhận diện tăng. 

Vì vậy, lựa chọn lens cần được tính toán đồng bộ dựa trên kích thước điểm ảnh, độ phân giải quang học, trường nhìn, khoảng cách làm việc và khẩu độ, bởi đây là những yếu tố trực tiếp xác định giới hạn phân giải và chất lượng ảnh thực tế của toàn bộ hệ thống xử lý ảnh công nghiệp.

1. MTF và giới hạn độ phân giải của Lens Camera Hikrobot

Một trong những thông số quan trọng để đánh giá lens Hikrobot cho xử lý ảnh Machine Vision là MTF (Modulation Transfer Function – hàm truyền tải biến điệu). MTF mô tả khả năng duy trì độ tương phản của hệ thống quang học khi tần số không gian tăng lên. Tần số càng cao tương ứng với chi tiết càng nhỏ trên ảnh.

Với cảm biến có kích thước điểm ảnh p tính bằng µm, tần số Nyquist của cảm biến được xác định theo:

Điều này có nghĩa cảm biến có thể lấy mẫu tín hiệu không gian tới khoảng 208 cặp đường trên mỗi milimét. Tuy nhiên, đây mới là giới hạn lấy mẫu của cảm biến, chưa phải độ phân giải mà hệ thống quang học chắc chắn đạt được.

Nếu MTF của lens đã suy giảm mạnh trước vùng 208 lp/mm, camera 10 MP vẫn không thể khôi phục phần chi tiết mà lens đã làm mất. Do đó, khi ghép lens camera công nghiệp Hikrobot với camera độ phân giải cao, cần đọc đường cong MTF tại các tần số gần giới hạn Nyquist thay vì chỉ nhìn vào số megapixel.

Tài liệu của Hikrobot cho các lens HF như MVL-HF1224M-10MP thể hiện trực tiếp các đường MTF theo nhiều vị trí trên trường ảnh, đồng thời cung cấp đường giới hạn nhiễu xạ và thông tin về độ chiếu sáng tương đối. Điều này quan trọng vì độ sắc nét tại tâm ảnh không đại diện hoàn toàn cho chất lượng ở rìa trường nhìn.

Độ méo cũng cần được tách khỏi độ phân giải. Một lens có ảnh sắc nét nhưng distortion lớn vẫn có thể gây sai số khi dùng cho đo lường. Ngược lại, lens có distortion thấp chưa chắc có MTF cao. Vì vậy, với ứng dụng đo kích thước hoặc định vị chính xác, hai tiêu chí này phải được đánh giá độc lập.

Thông số thực tế cũng thay đổi theo từng model. Chẳng hạn, MVL-HF2524M-10MP có distortion -0,01%, trong khi MVL-HF0824M-10MP được công bố ở mức -0,67%. Do đó, không nên lấy một giá trị distortion của một model để đại diện cho toàn bộ dòng lens Hikrobot.

2. Tính tiêu cự, trường nhìn và mật độ điểm ảnh

Khi lựa chọn ống kính camera kiểm tra ngoại quan Hikrobot, bước đầu tiên nên xác định trường nhìn cần quan sát thay vì chọn tiêu cự theo kinh nghiệm. Với cảm biến có kích thước hữu ích h, trường nhìn theo cùng chiều FOV và khoảng cách làm việc WD, mô hình thấu kính mỏng cho quan hệ:

Dạng gần đúng này thường thuận tiện hơn khi tính toán sơ bộ hệ thống Machine Vision. Tuy nhiên, khi triển khai thực tế cần đối chiếu lại với bảng FOV của đúng model lens, bởi WD được nhà sản xuất quy định theo cấu hình quang học và cơ khí cụ thể.

Một thông số khác cần tính là mật độ điểm ảnh trên vật thể:

PPM = Số pixel / FOV

Giả sử camera có 4096 pixel theo chiều ngang và trường nhìn là 200 mm, mật độ lấy mẫu lý thuyết là:

4096 / 200 = 20,48 pixel/mm

Một khuyết tật rộng 0,5 mm khi đó chỉ chiếm khoảng 10 pixel theo chiều tương ứng. Nếu khuyết tật nhỏ hơn nữa, yêu cầu về MTF, tương phản và ánh sáng sẽ trở nên khắt khe hơn đáng kể.

Đây là lý do không nên đặt câu hỏi “lens bao nhiêu megapixel?” một cách độc lập. Câu hỏi kỹ thuật đúng hơn là: với kích thước lỗi nhỏ nhất cần phát hiện, hệ thống cần bao nhiêu pixel trên chi tiết và lens có duy trì đủ tương phản tại tần số không gian tương ứng hay không?

3. Khẩu độ, nhiễu xạ và độ sâu trường ảnh

Khẩu độ là biến số thường bị điều chỉnh theo cảm tính trong quá trình lắp đặt. Mở khẩu lớn giúp tăng lượng ánh sáng nhưng có thể làm giảm độ sâu trường ảnh và bộc lộ rõ hơn một số sai lệch quang học. Khép khẩu quá sâu lại đưa hệ thống tới giới hạn nhiễu xạ.

Đường kính đĩa Airy được tính theo:

Nếu cảm biến sử dụng pixel 2,4 µm, đĩa Airy lớn hơn đáng kể pixel. Điều này không có nghĩa ảnh “mất nét hoàn toàn”, nhưng cho thấy hệ thống đang chịu giới hạn nhiễu xạ và việc tiếp tục khép khẩu sẽ không tự động làm ảnh sắc hơn.

Ngược lại, mở khẩu quá lớn có thể làm độ sâu trường ảnh giảm. Với chi tiết có độ cao thay đổi hoặc sản phẩm không duy trì chính xác vị trí trên băng tải, một phần bề mặt có thể dịch khỏi mặt phẳng lấy nét.

Vì vậy, khẩu độ tối ưu thường là điểm cân bằng giữa độ sâu trường ảnh, lượng sáng, quang sai và giới hạn nhiễu xạ. Với một số lens Hikrobot, khẩu độ có thể điều chỉnh thủ công trong dải cụ thể; chẳng hạn MVL-HF2524M-10MP có dải F2.4–F16.

4. Tối ưu Lens Camera Hikrobot trong hệ thống Machine Vision

Một lens camera Hikrobot chỉ phát huy đúng khả năng khi được ghép với camera, nguồn sáng và điều kiện cơ khí phù hợp. Đặc biệt, không nên đánh giá chất lượng lens chỉ bằng một ảnh chụp thử ở trung tâm trường nhìn.

Với hệ thống kiểm tra ngoại quan, cần kiểm tra độ sắc nét tại nhiều vị trí trong FOV, độ đồng đều sáng từ tâm ra biên, distortion và khả năng duy trì chi tiết tại khoảng cách làm việc thực tế. Hikrobot cũng công bố thông tin relative illumination trên datasheet của một số lens HF; ví dụ MVL-HF1224M-10MP có đường cong độ chiếu sáng tương đối giảm dần theo image height. Đây là thông số đáng quan tâm khi vùng kiểm tra trải rộng trên toàn cảm biến.

Đối với dây chuyền tốc độ cao, cần đồng thời kiểm soát rung động và chuyển động. Một lens có độ phân giải quang học cao vẫn tạo ảnh kém nếu thời gian phơi sáng dài khiến vật thể bị nhòe chuyển động hoặc cơ cấu gá camera rung theo chu kỳ máy.

Với bài toán đo lường, cần bổ sung bước hiệu chuẩn hình học sau khi lắp đặt. Lens distortion, vị trí camera, độ nghiêng của cảm biến và mặt phẳng vật thể đều có thể ảnh hưởng đến phép chuyển đổi từ pixel sang kích thước thực.

Cuối cùng, việc lựa chọn lens camera Hikrobot chính hãng nên dựa trên cấu hình cụ thể của camera và bài toán kiểm tra, thay vì chỉ dựa vào tiêu cự hoặc số megapixel. Một hệ thống quang học tốt là hệ thống giữ được đủ thông tin cần thiết từ vật thể đến cảm biến để thuật toán xử lý ảnh có thể đưa ra quyết định ổn định.

RTC Technology cung cấp Lens camera Hikrobot, giải pháp Machine Vision, AMR/AGV, máy công nghiệp và các giải pháp tự động hóa cho sản xuất. Liên hệ RTC nếu doanh nghiệp cần mua thiết bị hoặc tìm kiếm giải pháp kiểm tra hình ảnh, tự động hóa vận chuyển, Smart Warehouse và từng bước xây dựng mô hình nhà máy thông minh.

- Hotline: 0981 264 068

- Email: info@rtc.edu.vn

> CHAT ZALO để nhận tư vấn & báo giá nhanh nhất

>>> Xem thêm: Cách chọn lens Hikrobot cho camera Machine Vision