Damit Roboter scharf sehen
Auswahlhilfe M12-Objektive für Robot-Vision-Applikationen
In den Embedded Vision Systemen der Robotik spielen kleine M12-Objektive eine wichtige Rolle. Fünf Aspekte helfen bei der Wahl des richtigen Objektivs.
Bild: Framos GmbHIm Gegensatz zu C-Mounts oder F-Mounts gibt es für die Auswahl des passenden M12-Objektivs keine klassischen Faustregeln, da das Angebot an Sensoren und Objektive wesentlich umfangreicher ist. In den meisten Fällen handelt es sich bei M12-Objektive um Weitwinkel-Modelle, die damit ein ähnliches Sichtfeld (FOV) im Vergleich zu F-Mounts oder C-Mounts erreichen, z.B.
Bild: Framos GmbH
- • Sensorgröße: Wie bei jedem anderen Objektiv auch, muss als erstes die Sensorgröße betrachtet werden. Der Bildkreis des Objektivs muss die gesamte Sensorgröße abdecken, um die bestmögliche Bildqualität ohne Verschattungen oder Vignettierung zu liefern. Ist der Sensor kleiner als der Bildkreis des Objektivs, sieht das Sichtfeld 'ausgeschnitten' aus. Je kleiner die Sensorgröße, desto größer das Angebot an M12-Objektiven, insbesondere für Fisheye-Objektive mit einem FOV bis 180° oder 200°. Die Obergrenze für die Größe von Sensoren liegt ohne Modifizierung normalerweise bei 2/3''.
- • Sichtfeld: Sehr oft werden FOV und der gemessene Arbeitsabstand herangezogen, um die erforderliche Brennweite zu berechnen. Die meisten Berechnungen berücksichtigen eine stereographische Abbildung, während insbesondere Weitwinkel-Objektive oft eine andere Abbildungsart verwenden. Bei M12-Objektiven kann das Sichtfelds vielfältige Verzerrung aufweisen. Um unabhängig vom Objektivdesign zu bleiben, muss das Sichtfeld bei einem Weitwinkel- oder Fisheye-Objektiv in Grad und nicht in der gemessenen Brennweite angegeben werden.
- • Arbeitsabstand: M12-Objektive sind meist für einen spezifischen Arbeitsabstand optimiert. Objektive für Sicherheits-Anwendungen sind für eine Reichweite von mehr als 0,5m optimiert und können auch für Aufgaben in der Robotik eingesetzt werden. Bei diesen Objektiven kann es zu einer Wölbung im Bild kommen, wenn sie für kürzere Reichweiten eingesetzt werden. Objektive für Nahaufnahmen (z.B. Scannen) sind dagegen für kleine Arbeitsabstände entwickelt.
- • Optimierung: M12-Objektive sind oft nur für eine spezifische Anwendung und deren Besonderheiten optimiert, während C-Mount-Objektive mehrere mögliche Abbildungsfehler ausgleichen können. Farbfehler sowie Bildwölbung und Verzerrung kommen bei M12- und Weitwinkel-Objektiven häufiger vor, weil sie weniger korrigiert werden. Aus diesem Grund muss je nach konkreter Anwendung entschieden werden, welche Abbildungsfehler korrigiert werden müssen und welche akzeptabel für die Bildauswertung und die Arbeit des Roboters sind. Verzerrungen können z.B. in einer Software korrigiert werden, wenn diese vor der Verwendung korrekt kalibriert wird. Sie können aber auch hardwareseitig mit dem zusätzlichen Einsatz einer asphärischen Linse korrigiert werden. Oft ist das aber für die Robotik ungeeignet, da durch diese Korrekturlinsen das Objektivgehäuse länger wird, sich die Kosten erhöhen und die Linsen meist aus Kunststoff hergestellt sind.
- • Anwendungsumgebung: Stöße und Vibrationen sind oft ein Problem in der Robotik, da die Kameras oft Bewegungen ausgesetzt sind, z.B. an Roboterarmen. Zusätzlich spielt direkte Sonneneinstrahlung oder die Beleuchtung bei der Wahl des Objektivs eine Rolle. Spezifische Anwendungen benötigen dafür fest eingeklebte Komponenten, zusätzliche Farbfilter oder eine Korrektur der Wellenlänge. In speziellen Umgebungen muss das Objektiv z.B. gleichzeitig mit sichtbarem Licht, IR- sowie UV-Licht umgehen können. Zusätzlich lässt eventuell die notwendige Erfassung des gesamten Blickfeldes keinen Spielraum für Verzerrung zu. In Anwendungen für Automotive oder Medizin sind oftmals auch ISO-zertifizierte Objektive zwingend vorgeschrieben. In der Robotik ist zumeist die Tiefenschärfe ausschlaggebend und in rauen Umgebungen muss für die Objektivauswahl der minimale und maximale Temperaturbereich beachtet werden.
Fast jeder Hersteller bietet Objektive für bestimmte vertikale Märkte oder individuelle Zwecke an. Bei höheren Einkaufsvolumen können Standardobjektive auch individuell angepasst werden und sind damit eine gute Option auf der Suche nach dem optimalen M12-Objektiv. Auch wenn das Angebot sehr umfangreich ist, bieten die hier gestellten Fragen eine gute Richtlinie für die Wahl des optimalen M12-Objektivs.
In den Embedded Vision Systemen der Robotik spielen kleine M12-Objektive eine wichtige Rolle. Fünf Aspekte helfen bei der Wahl des richtigen Objektivs.
Bild: Framos GmbHIm Gegensatz zu C-Mounts oder F-Mounts gibt es für die Auswahl des passenden M12-Objektivs keine klassischen Faustregeln, da das Angebot an Sensoren und Objektive wesentlich umfangreicher ist. In den meisten Fällen handelt es sich bei M12-Objektive um Weitwinkel-Modelle, die damit ein ähnliches Sichtfeld (FOV) im Vergleich zu F-Mounts oder C-Mounts erreichen, z.B.Bild: Framos GmbH
- • Sensorgröße: Wie bei jedem anderen Objektiv auch, muss als erstes die Sensorgröße betrachtet werden. Der Bildkreis des Objektivs muss die gesamte Sensorgröße abdecken, um die bestmögliche Bildqualität ohne Verschattungen oder Vignettierung zu liefern. Ist der Sensor kleiner als der Bildkreis des Objektivs, sieht das Sichtfeld 'ausgeschnitten' aus. Je kleiner die Sensorgröße, desto größer das Angebot an M12-Objektiven, insbesondere für Fisheye-Objektive mit einem FOV bis 180° oder 200°. Die Obergrenze für die Größe von Sensoren liegt ohne Modifizierung normalerweise bei 2/3''.
- • Sichtfeld: Sehr oft werden FOV und der gemessene Arbeitsabstand herangezogen, um die erforderliche Brennweite zu berechnen. Die meisten Berechnungen berücksichtigen eine stereographische Abbildung, während insbesondere Weitwinkel-Objektive oft eine andere Abbildungsart verwenden. Bei M12-Objektiven kann das Sichtfelds vielfältige Verzerrung aufweisen. Um unabhängig vom Objektivdesign zu bleiben, muss das Sichtfeld bei einem Weitwinkel- oder Fisheye-Objektiv in Grad und nicht in der gemessenen Brennweite angegeben werden.
- • Arbeitsabstand: M12-Objektive sind meist für einen spezifischen Arbeitsabstand optimiert. Objektive für Sicherheits-Anwendungen sind für eine Reichweite von mehr als 0,5m optimiert und können auch für Aufgaben in der Robotik eingesetzt werden. Bei diesen Objektiven kann es zu einer Wölbung im Bild kommen, wenn sie für kürzere Reichweiten eingesetzt werden. Objektive für Nahaufnahmen (z.B. Scannen) sind dagegen für kleine Arbeitsabstände entwickelt.
- • Optimierung: M12-Objektive sind oft nur für eine spezifische Anwendung und deren Besonderheiten optimiert, während C-Mount-Objektive mehrere mögliche Abbildungsfehler ausgleichen können. Farbfehler sowie Bildwölbung und Verzerrung kommen bei M12- und Weitwinkel-Objektiven häufiger vor, weil sie weniger korrigiert werden. Aus diesem Grund muss je nach konkreter Anwendung entschieden werden, welche Abbildungsfehler korrigiert werden müssen und welche akzeptabel für die Bildauswertung und die Arbeit des Roboters sind. Verzerrungen können z.B. in einer Software korrigiert werden, wenn diese vor der Verwendung korrekt kalibriert wird. Sie können aber auch hardwareseitig mit dem zusätzlichen Einsatz einer asphärischen Linse korrigiert werden. Oft ist das aber für die Robotik ungeeignet, da durch diese Korrekturlinsen das Objektivgehäuse länger wird, sich die Kosten erhöhen und die Linsen meist aus Kunststoff hergestellt sind.
- • Anwendungsumgebung: Stöße und Vibrationen sind oft ein Problem in der Robotik, da die Kameras oft Bewegungen ausgesetzt sind, z.B. an Roboterarmen. Zusätzlich spielt direkte Sonneneinstrahlung oder die Beleuchtung bei der Wahl des Objektivs eine Rolle. Spezifische Anwendungen benötigen dafür fest eingeklebte Komponenten, zusätzliche Farbfilter oder eine Korrektur der Wellenlänge. In speziellen Umgebungen muss das Objektiv z.B. gleichzeitig mit sichtbarem Licht, IR- sowie UV-Licht umgehen können. Zusätzlich lässt eventuell die notwendige Erfassung des gesamten Blickfeldes keinen Spielraum für Verzerrung zu. In Anwendungen für Automotive oder Medizin sind oftmals auch ISO-zertifizierte Objektive zwingend vorgeschrieben. In der Robotik ist zumeist die Tiefenschärfe ausschlaggebend und in rauen Umgebungen muss für die Objektivauswahl der minimale und maximale Temperaturbereich beachtet werden.
Fast jeder Hersteller bietet Objektive für bestimmte vertikale Märkte oder individuelle Zwecke an. Bei höheren Einkaufsvolumen können Standardobjektive auch individuell angepasst werden und sind damit eine gute Option auf der Suche nach dem optimalen M12-Objektiv. Auch wenn das Angebot sehr umfangreich ist, bieten die hier gestellten Fragen eine gute Richtlinie für die Wahl des optimalen M12-Objektivs.
Framos GmbH
Dieser Artikel erschien in inVISION 6 2018 - 19.11.18.Für weitere Artikel besuchen Sie www.invision-news.de
