Calcul de la résolution du capteur et de la focale de l'objectif d'une caméra

Aperçu

Cet article a pour objectif de vous aider à calculer la distance focale correcte de l'objectif et la résolution du capteur de la caméra pour l'acquisition de l'image.

Contenu

Introduction

D'abord, pensez à définir ces termes de base pour qu'ils s'appliquent à votre situation :

  • Champ de vue (Field Of View - FOV) - La région à inspecter que la caméra doit acquérir
  • Plus petit élément - La taille du plus petit élément à détecter dans l'image
  • Distance de travail (Working Distance - WD) - La distance entre l'avant de l'objectif et l'objet inspecté

Veuillez vous référer aux images suivantes :

 

Complétez ces deux principales étapes pour sélectionner la résolution minimale de caméra requise et déterminer la distance focale correcte pour votre application.

  1. Calculer la résolution minimale du capteur : En ayant connaissance du champ de vision et du plus petit élément que vous souhaitez détecter.
  2. Sélectionner une caméra : Une fois que la caméra est sélectionnée, vous pouvez utiliser la taille du capteur pour calculer la focale de l'objectif.

 

Résolution du capteur

La résolution d'une image correspond au nombre de pixels qu'elle contient. Elle a deux dimensions : par exemple, 640x480. Les calculs peuvent être faits pour chaque dimension séparément ; mais, pour plus de simplicité, ils sont souvent réduit à une dimension.

Pour effectuer une mesure précise sur l'image, vous devez utiliser un minimum de deux pixels par élément le plus petit que vous souhaitez détecter. Pour calculer la résolution minimale du capteur, divisez la taille (en unités physiques) du champ de vue par la taille du plus petit élément et multipliez le résultat par 2 (ce qui correspond aux pixels ou plus petit élément), comme le montre l'équation suivante :

Calculer la résolution du capteur :

  • Exemple 1 : Mon champ de vision est de 100 mm et le plus petit élément fait 1 mm. D'après l'équation, la résolution minimale du capteur doit être de 200 pixels. Une caméra avec une résolution de 640x480 convient car 200 est plus petit que la plus petite dimension, 480.
  • Exemple 2 : Mon champ de vision est de 400 mm x 600 mm et le plus petit élément fait 2 mm. En général, on suppose que le plus petit élément est arrondi à ce diamètre de 2 mm. D'après l'équation suivante, la résolution minimale du capteur doit être 500x600. Le capteur de 640x480 n'est pas suffisant. Une résolution de capteur de 1024x768 ou 1280x1024 sera plus appropriée dans ce cas.

L'équation peut être modifiée pour être résolue pour toute autre variable tant que trois variables sont connues.

 

Taille du capteur

La taille du capteur fait référence à la taille physique du capteur et n'est généralement pas notée dans les spécifications. La meilleure façon de déterminer la taille du capteur est de trouver la taille en pixels du capteur et de la multiplier par la résolution.

Calculer la taille du capteur :

  • Exemple 3 : Selon le manuel de l'utilisateur de la caméra, le Basler acA1300-30um a une taille en pixels de 3,75 x 3,75 um et une résolution de 1296 x 966 pixels. La taille du capteur est donc 3,75 um x 1296 par 3,75 um x 966 = 4,86 x 3,62 mm

 

Format du capteur

Le format du capteur fait référence à la taille physique du capteur mais est indépendant de la taille en pixels. Cette spécification est utilisée pour déterminer les objectifs compatibles avec la caméra. Pour qu'un objectif soit compatible avec une caméra, le format de l'objectif doit être supérieur ou égal à celui du capteur. Si un objectif de plus petit format est utilisé, l'image souffre d'un vignetage : les régions du capteur en dehors de la région du format de l'objectif sont sombres.

 

Focale

En général, les objectifs ont des focales fixes. De plus, la distance de travail est souvent flexible. Vous devriez donc commencer vos calculs simples avec le rapport distance de travail/focale. Ceci vous permettra d'utiliser des focales spécifiques pour déterminer la focale nécessaire. Si la distance de travail est limitée, vous pouvez inverser ce rapport pour obtenir le rapport focale/distance de travail. Ceci vous permettra d'utiliser une gamme d'options de distance de travail pour obtenir une gamme de focale. Une fois l'objectif sélectionné, vous pouvez recalculer précisément la distance de travail nécessaire.

Ces calculs sont basés sur l'équation suivante :

Focale de l'objectif

  • Exemple 4 : (distance de travail flexible) mon champ de vision est 508 mm  x 381 mm, la taille de mon capteur est 8,47 mm (diagonale).  Le rapport distance de travail/focale est 381 mm/8,47 mm = 45:1. Donc, si je choisis une focale de 25 mm (environ 1 pouce), une distance de travail de 1125 mm (environ 45 pouces) est requise. Si la distance de travail maximale disponible est 889 mm (35"), l'inversion du rapport (1:45) donne la focale maximale de 35/45 = 19,76 mm (7/9 pouces) et une focale de 16 mm conviendra. Inverser le calcul donne une distance de travail requise d'environ 711,2 mm (28 pouces).
  • Exemple 5 : (distance de travail fixe) mon champ de vision est 609,6 mm x 609,6 mm, le format de mon capteur est 12,7 mm (diagonale) et ma distance de travail est 1016 mm. Pour résoudre exactement la focale, il faut connaître le rapport d'aspect du capteur. Si l'exactitude n'est pas nécessaire, la diagonale suffit. La solution de l'équation précédente sera (12,7X1016)/609,6 = 21,2 mm. Comme ce n'est pas une focale courante, il faut ajuster la distance de travail ou utiliser un objectif non standard qui permet à l'utilisateur de varier la focale.

Les objectifs sont fabriqués avec un nombre limité de focales standard. Les focales d'objectifs courantes sont 6 mm, 8 mm, 12,5 mm, 25 mm et 50 mm. Une fois que vous avez choisi un objectif dont la focale est la plus proche de celle requise par votre système d'imagerie, vous devez ajuster la distance de travail pour faire la mise au point sur l'objet à inspecter.

Note : Les objectifs à courtes focales (moins de 12 mm) produisent des images avec une distortion importante. Si votre application est sensible aux distortions des images, augmentez la distance de travail et utilisez un objectif à plus grande focale. Si vous ne pouvez pas changer la distance de travail, votre choix d'objectif est quelque peu limité.

Pour votre caméra Basler, n'hésitez pas à utiliser l'outil Basler Lens Selector.