De meerderheid van de vliegende robots die vandaag verkrijgbaar zijn, is uitgerust met een digitale camera of met de mogelijk om een externe camera te monteren. Veel dronepiloten gebruiken hun UAV dan ook om grafische data of creatief beeldmateriaal te verzamelen. Maar fotografie is toch nog een vak apart. Om goede beelden of data te verzamelen is het cruciaal om een aantal basistechnieken van fotografie goed onder de knie te hebben. In dit artikel gaan we dieper in op het berekenen van de benodigde resolutie van de sensor en de brandpuntsafstand van de lens.

Om de benodigde resolutie van de sensor te kunnen bepalen, hebben we eerst een aantal parameters nodig. Analyseer de situatie grondig en definieer eerst de volgende basisvoorwaarden:

  • Field of View (FOV): de oppervlakte per beeld die gevisualiseerd moet worden
  • Het kleinste kenmerk: de grootte van het kleinste kenmerk dat u in de afbeelding wilt detecteren
  • Work distance (WD): de afstand van de voorkant van de lens tot het te inspecteren object

 

Om de minimaal vereiste cameraresolutie te berekenen en de juiste brandpuntsafstand voor uw toepassing te bepalen, moet je het volgende stappenplan doorlopen:

  1. Bereken de minimale sensorresolutie: ken het gezichtsveld en het kleinste object dat je wilt detecteren.
  2. Selecteer een camera: Zodra de camera geselecteerd is, kan je de sensorgrootte gebruiken om de brandpuntsafstand te berekenen.

Sensorresolutie
De resolutie van een afbeelding is het aantal pixels in de afbeelding. Die bestaat altijd uit twee dimensies; bijvoorbeeld 640X480. De berekeningen kunnen voor elke dimensie afzonderlijk worden gedaan; maar voor de eenvoud wordt dit vaak teruggebracht tot één dimensie. Om een nauwkeurige meting van de afbeelding te maken, moet je minimaal twee pixels gebruiken per kleinste kenmerk dat je wilt detecteren. Om de minimale sensorresolutie te berekenen, vermenigvuldig je twee (pixels / kleinste element) met de grootte (in eenheden van de echte wereld) van het gezichtsveld gedeeld door de grootte van het kleinste element, zoals weergegeven in de volgende vergelijking:

Sensorgrootte
De sensorgrootte verwijst naar de fysieke grootte van de sensor en wordt doorgaans niet vermeld op specificatiebladen. De beste manier om de sensorgrootte te bepalen, is door naar de pixelgrootte op de sensor te kijken en deze te vermenigvuldigen met de resolutie. Bijvoorbeeld: Volgens de gebruikershandleiding van de camera heeft de Basler acA1300-30um een pixelgrootte van 3,75 x 3,75um en een resolutie van 1296 x 966 pixels. De sensorgrootte is dan 3,75 um x 1296 bij 3,75 um x 966 = 4,86 x 3,62 mm.

Sensorformaat
Het sensorformaat verwijst naar de fysieke grootte van de sensor, maar is niet afhankelijk van de pixelgrootte. Deze specificatie wordt gebruikt om te bepalen met welke lens de camera compatibel is. Om een lens compatibel te maken met een camera, moet het formaat van de lens groter of gelijk zijn aan het sensorformaat. Als een lens met een kleiner formaat wordt gebruikt, ervaart het beeld lichtafval; hierdoor worden gebieden van de sensor buiten het lensformaatgebied donker.

Brandpuntsafstand
Over het algemeen hebben lenzen een vaste brandpuntsafstand. Het is ook gebruikelijk dat de werkafstand flexibel is, dus begin voor eenvoudige berekeningen met een verhouding tussen de werkafstand en de brandpuntsafstand. Hierdoor kan je specifieke lensbrandpuntsafstanden gebruiken om de benodigde werkafstand te bepalen. Als de werkafstand beperkt is, krijgen we door deze verhouding om te keren de verhouding tussen brandpuntsafstand en werkafstand. Hiermee kan je een reeks werkafstandsopties gebruiken om een brandpuntsafstandbereik te krijgen. Zodra een lens is geselecteerd, kan je de exacte benodigde werkafstand opnieuw berekenen. Deze berekeningen zijn gebaseerd op de volgende vergelijking:

Lenzen worden vervaardigd met een beperkt aantal standaard brandpuntsafstanden. Veelvoorkomende brandpuntsafstanden van lenzen zijn 6 mm, 8 mm, 12,5 mm, 25 mm en 50 mm. Als u eenmaal een lens hebt gekozen waarvan de brandpuntsafstand het dichtst in de buurt komt van de brandpuntsafstand die uw beeldvormingssysteem vereist, moet u de werkafstand aanpassen om het te inspecteren object scherp te krijgen. Opmerking: lenzen met een korte brandpuntsafstand (minder dan 12 mm) produceren beelden met een aanzienlijke mate van vervorming. Als uw toepassing gevoelig is voor beeldvervorming, probeer dan de werkafstand te vergroten en een lens met een grotere brandpuntsafstand te gebruiken. Als je de werkafstand niet kunt veranderen, ben je enigszins beperkt in het kiezen van een lens.

 

 

Auteur
Merwan Birem
Merwan is Research Engineer bij Flanders Make (Leuven, België) en werkt in het DecisionS core lab. Merwans onderzoek richt zich op de gebieden computervisie (2D en 3D), beeld- en videoverwerking, machine- en deep learning-algoritmen voor detectie, classificatie, kwaliteitscontroleprocessen en robottoepassingen

Contacteer EUKA/Flanders Make voor meer informatie
Updates en nieuwe artikels ontvangen in je mailbox? Schrijf je dan snel in voor onze nieuwsbrief!

Pin It on Pinterest