Telecentrische lens heeft focus punt (ongewenst)

[Maaike_rnd]

Ik heb me een telecentrische lens gekocht. Vanuit mijn research dacht ik te begrijpen dat telecentrische lenzen een focuspunt op oneindig hebben waardoor deze lens enkel recht vooruit "ziet" en waardoor de grootte van een object op beeld onafhankelijk is van de afstand tot het object.

Ik kocht volgende lens (edmund 56-677)
https://www.edmundoptics....l-telecentric-lens/13651/.

Het beeld van deze lens is enkel scherp voor 1 vaste afstand. Terwijl ik verwacht dat deze altijd een scherp beeld zou geven vanwege de telecentrische aard. Vanaf het object 1cm verder of dichter staat is het beeld onscherp.

Kan iemand mij verklaren hoe dit komt? Is mijn veronderstelling fout? Hoe kan ik een scherp beeld bekomen op elke afstand?

[Yo-L]

Dit stuk lijkt mij relevant voor je (van https://www.edmundoptics....ntages-of-telecentricity/ ):

Telecentric Lenses and Depth of Field
It is a common misconception that telecentric lenses inherently have a larger DOF than conventional lenses. While DOF is still ultimately governed by the wavelength and f/# of the lens, it is true that telecentric lenses can have a larger usable DOF than conventional lenses due to the symmetrical blurring on either side of best focus. As the part under inspection shifts toward or away from the lens, it will follow the AFOV (or the chief ray) that is associated with it. In a non-telecentric lens, when an object is moved in and out of focus, the part blurs asymmetrically due to parallax and the magnification change that is associated with its AFOV. Telecentric lenses, however, blur symmetrically since there is no angular component to the FOV. In practice, this means that features such as edges retain their center of mass location; an accurate measurement can still be made when the object is beyond best focus as long as the contrast remains high enough for the algorithm being used by the machine vision system to function properly.

While it may seem counterintuitive, blur can be used advantageously in certain applications with telecentric lenses. For example, if a machine vision system needs to find the center location of a pin, as shown in Figure 3a, the transition from white to black is quite sharp when the lens is in focus. In Figure 3b, the same pin is shown slightly defocused.

Looking at a plot of the image gray levels from a line profile taken across the edge of the part, as in Figure 4, the slope of the line is much shallower for the slightly defocused image, as the pin edge is spread over more pixels. Due to the symmetric blurring of the telecentric lens, this blur is still usable as the centroid has not moved and the amount of sub-pixel interpolation needed is decreased. This reduces sensitivity to gray level fluctuations caused by sensor noise and allows the pin center location to be found more reliably and with higher repeatability.

[BrainCrash]

Het lijkt erop dat je een Object-space telecentric lens hebt.

Bij de specs van je lens zie je ook een Working Distance gespecced staan van 103mm, en een Depth of Field van +/-3.0mm bij f10.

Die werking komt overeen met de beschrijving op de wikipedia pagina.

[Maaike_rnd]

Dankuwel @BrainCrash @Yo-L Voor deze verklaring!
Ik concludeer dat ik voor mij toepassing een Bi-telecentrische lens nodig heb. Deze zou afocal zijn waardoor een object op elke afstand scherp is.
Ik vind online bv. volgende lens:
https://www.opto-e.com/pr...entric-lens-model-TC13036

Nu zie ik hier ook direct een working distance bijstaan met onderaan ter verklaring:
Working distance: distance between the front end of the mechanics and the object. Set this distance within +/- 3% of the nominal value for maximum resolution and minimum distortion.

Ik vermoed dat ik deze ook nog op andere afstanden kan gebruiken waarbij het beeld ook nog scherp/ok is maar waarbij de resolutie en distortie enkel wat slechter kunnen zijn?

[BrainCrash]

Hmm, tja, zoveel verstand heb ik verder ook niet van dit type heel specifieke industrial use lenzen, dus daar durf ik verder geen uitspraken over te doen.

Zou je die vragen het niet gewoon aan de fabrikant kunnen voorleggen?
Eventueel met je specifieke gebruiksdoel erbij, en de (open) vraag welke van hun lenzen hier bruikbaar voor zou kunnen zijn?

[Ventieldopje]

Maaike_rnd schreef op woensdag 16 maart 2022 @ 13:09:
Dankuwel @BrainCrash @Yo-L Voor deze verklaring!
Ik concludeer dat ik voor mij toepassing een Bi-telecentrische lens nodig heb. Deze zou afocal zijn waardoor een object op elke afstand scherp is.
Ik vind online bv. volgende lens:
https://www.opto-e.com/pr...entric-lens-model-TC13036

Nu zie ik hier ook direct een working distance bijstaan met onderaan ter verklaring:
Working distance: distance between the front end of the mechanics and the object. Set this distance within +/- 3% of the nominal value for maximum resolution and minimum distortion.

Ik vermoed dat ik deze ook nog op andere afstanden kan gebruiken waarbij het beeld ook nog scherp/ok is maar waarbij de resolutie en distortie enkel wat slechter kunnen zijn?

Er is geen lens mogelijk waar alles scherp is op elke afstand. Ook met die lens is dat niet het geval.

[Maaike_rnd]

@BrainCrash Goed advies, ik ga het hen eens de vraag doorspelen!

[Maaike_rnd]

@Ventieldopje Oke, ik begrijp dat dit theoretisch niet mogelijk is. Ik voor mijn project is het voldoende als de camera objecten scherp ziet binnen een bereik van 5cm tot 100cm.

In volgend filmpje wordt een telecentrische lens gedemonstreerd op een rijdende miniatuurtrein. Deze is op elke afstand waarop deze rijdt scherp in beeld. Zoiets zou bv acceptabel zijn.

https://www.edmundoptics....ce-of-telecentric-lenses/

[Compizfox]

Je veronderstelling is fout.

Bij een (object-space) telecentrische lens is het het geval dat objecten dezelfde vergroting hebben onafhankelijk van de afstand tot de lens, dus een telecentrische lens maakt een orthografische projectie. Zo'n lens heeft nog steeds een working distance. Objecten die verder weg of dichter bij staan dan de working distance zijn niet in focus (en dus geblurd), maar worden wel op dezelfde grootte afgebeeld.

Jij lijkt simpelweg een lens met een grote scherptediepte (DoF) te willen. Dit kun je in principe met elke lens voor elkaar krijgen (je hebt er niet per se een telecentrische lens voor nodig) door hem gewoon af te stoppen. Heb je wel genoeg licht nodig uiteraard.

[T_knoop]

Maaike_rnd schreef op donderdag 17 maart 2022 @ 13:02:
In volgend filmpje wordt een telecentrische lens gedemonstreerd op een rijdende miniatuurtrein. Deze is op elke afstand waarop deze rijdt scherp in beeld. Zoiets zou bv acceptabel zijn.

https://www.edmundoptics....ce-of-telecentric-lenses/

De lens die Edmund daar gebruikt is is deze:
#34-008
die heeft een minimum werkafstand van 374mm, en een Depth of Field (DoF) van ongeveer 200mm@F8. In dit geval hebben ze waarschijnlijk het diafragma behoorlijk geknepen, waardoor de hele scene scherp is. Dat gaat overigens ten koste van resolutie en lichtopbrengst. Ook is het op zo'n filmpje lastig te beoordelen wat de werkelijke scherpte is, dus kan je het schijnbare DoF nog ietsje verder oprekken

Er gaat geen telecentrische lens zijn met de werkafstand en DoF die je vraagt. Ook een 'normale' lens zal hier al heftig moeite mee hebben. Wat wil je precies gaan doen?

[Maaike_rnd]

@Compizfox Mijn veronderstelling zat inderdaad fout, mijn wens is bij deze een grote scherptediepte en een orthografische projectie.

@T_knoop Oke, ik zal even mijn project toelichten: ik had graag een PCB scanner gemaakt.
Ik heb een XY-frame waarvan ik de positie van de kop programmatisch kan aansturen. Hieraan had ik graag de lens bevestigd en op vaste stappen een foto genomen van de pcb. Daarna zou ik de foto's gaan stitchen om zo een scan van de volledige print te bekomen. De PCBs kunnen soms sterk varieren in hoogte (denk aan koelvinnen, transfo's) daardoor heb ik een groot bereik (5cm tot 100cm) hier aangegeven. Als ik het advies goed begrijp is deze vereiste niet vanzelfsprekend. Echter met een 15cm DoF kan ik al een groot deel van de PCBs "scannen".

Het doel is in essentie een orthogonale scan bekomen van een PCB/circuitboard.

[T_knoop]

Maaike_rnd schreef op donderdag 17 maart 2022 @ 13:47:
[...]
Het doel is in essentie een orthogonale scan bekomen van een PCB/circuitboard.

Hoeveel tijd heb je om zo'n scan te maken? Met een z-stage en focus stacking kun je de DoF vrijwel oneindig vergroten, moet je alleen even opletten dat je camera nergens tegenaan loopt als je je XY platform aan het bewegen bent. Je zou de focusdata meteen kunnen gebruiken om een 3D model van je PCB op de bouwen, maar dat is wat meer werk.

[Maaike_rnd]

@T_knoop De tijd voor een scan is niet zozeer van belang voor mij. 10 minuten / scan is zelf ok.
Focus stacking is leuk om weten! Maar ik zou het focuspunt automatisch moeten kunnen verleggen dan. Ik wens zeker de orthografische view dus ik denk dat ik dan tegen zeer dure lenzen aankijk? Een 3D model is nice to have maar heeft weinig meerwaarde voor mij. Wel een interessante techniek!

[T_knoop]

Ik ben beroepsmatig vrij veel met dit soort imaging hardware bezig, en heb nog nooit telecentrische lenzen met een instelbaar focuspunt gezien. Een instelbaar diafragma is al heel wat, dat hebben de meeste ook niet. Voor deze toepassing kun je denk ik het beste de camera langs de optische as bewegen (de z-as voor het gemak), en elke [depth-of-field]mm een opname maken. Doe dat voor de hele z-afstand afstand waarover je objecten verwacht, en verplaats dan de camera naar de volgende [x,y] positie met het bewegingsplatform wat je al hebt.
Ik denk dat dat in principe kan met de hardware die je nu al hebt, plus dus nog een extra bewegingsas.

Je kan dan ongeveer uitrekenen hoeveel tijd je nodig heb per mm³ aan volume wat je in beeld wil brengen, afhankelijk van je field of view (in x,y), je depth of field (in z) en de snelheid waarmee je je stages kan bewegen en een opname kan maken.

[tleegwater]

Voor onze insecten digitalisatie oplossing (jaja..). kijken wij ook eerst hoe groot de afstand is die we moeten overbruggen, en delen dat door de DoF, zodoende dat we overlap hebben in scherpe delen. Daarna focus stacken om een volledig scherp beeld te krijgen.

YouTube: Picturae - Let's Unlock Your Entomology. A Digital Revolution.

Jaren geleden hebben we ook eens een X-Y tafel gemaakt, maar die is voor volledig vlak materiaal. Ook deze afbeeldingen worden gestitcht, maar dan in het platte vlak uiteraard. Calibratie van offsets wordt gedaan op een standaard patroon mbv feature detection. Bij PCB's kun je last krijgen van parallax fouten, maar dat lost je telecentrische lens hopelijk voor je op.

[Sméagol]

En weer iets wat ik op de gear wishlist zet voor geen enkele goeie reden.

Ik weet niet helemaal precies wat de bedoeling is, maar ik bekeek die video die boven gelinkt was van Edmund Optics, en in de recommendations was een andere video van dit bedrijf over één van hun andere lens series, is dit eigenlijk niet wat je wilt of wat dingen makkelijker zou maken?

YouTube: MercuryTL™ Liquid Lens Telecentric Lenses