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Vision Industrielle - Les objectifs

Les Objectifs.

Contrairement à la photographie où il existe des objectifs macros, grands angles, téléobjectifs et standards, en Vision Industrielle le choix se limite principalement à des objectifs standards à focales fixes (plus lumineux) ou variables (zoom) et des objectifs télécentriques (qui limitent les effets de parallaxe dans l'images en perspective).

Ouverture

L'ouverture est simplement la taille du diamètre du diaphragme qui s'ouvre pour laisser passer la lumière au travers de l'objectif. Plus il est grand, plus la lumière passe et inversement. L'ouverture du diaphragme qui s'exprime en < f > a aussi une incidence sur une autre notion fondamentale, la profondeur de champ (zone de netteté dans l'image). Au-delà de cette zone, le reste de l'image devient plus ou moins floue.

Plus l'ouverture est grande, plus la zone de netteté est petite et inversement.
Plus l'ouverture est petite et plus la zone de netteté est grande.

Là où ça se complique un tout petit peu, c'est que l'ouverture du diaphragme est le résultat d'un rapport 1/X pourtant sur les objectif, il est inscrit en X. Résultat, une petite ouverture revient à de grande valeurs numériques et inversement. Donc quand on parle de grande ouverture, il s'agit d'un < f > petit et inversement. C'est juste une gymnastique à intégrer. Ce que vous devez retenir c'est que plus vous choisissez une grande ouverture (un < f > petit), moins la profondeur de champ est grande, c'est à dire que seule une petite partie de l'image sera nette, celle sur laquelle vous aurez fait votre mise au point. Inversement, plus vous choisissez une petite ouverture (un grand < f >), plus la profondeur de champ sera grande, c'est à dire qu'une grande partie de l'image sera nette, le premier plan tout comme l'arrière plan.

Petite ouverture :

  • f/5,6
  • f/6,7
  • f/8
  • f/11
  • f/16
  • f/22

Grande ouverture :

  • f/1,4
  • f/1,8
  • f/2,8
  • f/3,5
  • f/4,5

 

Grande ouverture, faible profondeur de champ et mise au point sur premier plan

Grande ouverture, faible profondeur de champ et mise au point sur arrière plan

Petite ouverture et grande profondeur de champ

Mais attention : plus le diaphragme est fermé (petite ouverture et grande profondeur de champ), plus le temps d'exposition de la caméra (shutter) doit être important ou plus l'éclairage ambiant doit être puissant pour pouvoir laisser passer la même quantité de lumière. Pour les applications en Vision Industrielle, les objets étant généralement en mouvement, la prise d'image doit être rapide pour pouvoir acquérir une image nette. Il convient donc d'utiliser le plus possible des éclairages très hautes luminosités pour pouvoir avoir une grande profondeur de champ et un petit temps d'exposition (shutter).

Pour un objectif il est d'usage d'annoncer l'ouverture maximum.
Exemple pour un objectif à focale fixe : 17mm f:1,4 signifie que l'ouverture maximale est de f:1,4 ("objectif très lumineux")
Exemple pour un objectif zoom : 70-200mm 3,5-4,5 signifie que l'ouverture maximale pour un focale à 70mm est de 3,5 et que l'ouverture maximale pour une focale à 200mm est de 4,5. 

La focale

La focale permet de régler le champ de vision en fonction de la distance d'observation. Plus la focale ou distance focale de l'objectif est grande et plus on se rapproche du sujet sans changer notre position d'observation. Inversement plus la focale ou distance focale de l'objectif est courte et plus on s'éloigne du sujet sans changer notre position d'observation. Les objectifs a grandes focales sont appelé "téléobjectif" (focale supérieur à 80 mm) et les objectifs à courtes focales sont appelé "grand angle" (focale inférieur à 70 mm)

Objectif de focale 16mmObjectif de focale 50mmObjectif de focale 200mm

Grandes focales = cadrage serré, sujet rapproché, perspective écrasée et faible profondeur de champ.
Courtes focales : cadrage large, sujet éloigné, perspective étirée et grande profondeur de champ.

En vision Industrielle, les focales utilisées sont principalement du 8mm, 16 mm, 25mm et  35 mm car la ou les caméras doivent être proches du produit à inspecter. Certaines applications plus spécifiques peuvent nécéssiter un objectif ayant des focales inférieures à 8 mm (4,8 mm, 6 mm etc.) ou supérieures à 35 mm (50mm, 100 mm etc.).

Distance focales et angles de cadrage

La focale inscrite sur les objectifs dépendent de la taille du capteur, en photographie on parle souvent d'équivalent "24x36" ou "le 35 mm".

Les télécentriques

Avec un objectif conventionnel, un objet qui est plus proche de l’objectif (courte distance de travail) apparaitra plus large que le même objet se trouvant plus loin (longue distance de travail). Les objectifs télécentriques sont des objectifs sans erreur de perspective ou de parallaxe. L’absence d’erreur de perspective les rend idéaux en applications de métrologie. Les objectifs télécentriques offrent généralement une meilleure qualité d’image et ont une gamme de grossissement de 0.08 à 6x.

Vue en perspective avec un objectif standardVue avec un objectif télécentrique sans erreur de parallaxe

Objectif télécentrique :
+++pas d’erreur de perspective et grossissement constant avec la profondeur de champ.
--- Coût plus élevé, plus lourd  et diamètres objectifs plus larges.

Les bagues allonges.

Les bagues allonges (BA) aussi appelées tubes d’extension ou espaceurs, se fixent entre l’objectif et la caméra.  Ils en existent de différentes tailles : 0.5 mm, 1 mm, 2 mm, 5 mm, 10 mm, 20 mm et 40 mm et peuvent être cumulées (exemple BA de 6 mm = 1 BA de 5 mm + 1 BA de 1 mm). Elles permettent de rapprocher physiquement la caméra-objectif de l’objet à contrôler en restant nette sur celui-ci, par conséquent le champ de vision se réduit sensiblement. En effet, les objectifs se focalisent sur un objet à partir d’une distance minimale de travail qui peut correspondre à un champ de vision plus large que nécessaire et/ou une distance et un encombrement trop grand.

Bagues allonges

Les bagues allonges réduisent la distance minimale de travail, diminue le champ de vision, réduit l’encombrement du système de vision.

 

Les montures

La monture des objectifs utilisée pour les caméras industrielles est usuellement une monture  C. Elle se connecte à une caméra  via un filetage de 1’’x32 et possède une distance de collerette de 17.5 mm. La monture CS (ou C Short) à le même filetage physique d’une monture C mais possède une distance de collerette de 12.5 mm. La monture F ou 42/72 est utilisée pour des capteurs de grande dimension comme les caméras matricielles ou linéaire de haute résolution.

Caméra industrielle : objectifs à 90% avec une monture C.

 

 

Commentaires  

 
+3 #1 Camera inspection 30-05-2011 16:13
Très bon article. Simple à comprendre et à la fois très complet.
Mes encouragements.
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