انتخاب لنز مناسب برای دوربین

 

به‌ منظور دستیابی به یک عکس واضح و خوب، شما تنها نیازمند یک دوربین خوب نیستید؛ بلکه به انتخاب لنز مناسب برای دوربین  نیز احتیاج دارید ، درست از همان ابتدا، دشواری انتخاب لنز از میان انبوه لنزها آشکار است. برای دوربین‌ های کام پکت دیجیتال، معمولاً یک لنز از ابتدا به‌طور دائم نصب‌ شده، وجود دارد. برای دوربین‌ های انعکاسی، شما می‌توانید از لنز‌های قابل تعویض برای دستیابی به بهترین تصویر ممکن، اقدام نمایید. لنز‌های منحصربه‌فرد، نه‌ تنها دارای وضوح تصویر، فاصله کانونی و اندازه متفاوت، بلکه در طراحی نیز متفاوت هستند. این مسئله همچنین یک “مشکل” برای دوربین‌ های بینایی ماشین و لنز‌هایی که برای آن‌ ها مناسب است؛ محسوب می‌شود. اینکه کدام لنز انتخابی، مناسب برای شرایط شما خواهد بود؛ در مقاله زیر توضیح داده‌شده است.

انواع لنزهای موجود چه نام دارند؟

قبل از اینکه ما توضیح دهیم که به هنگام انتخاب یک لنز باید به چه پارامترهایی نگاه کنید، شما باید ابتدا انواع مختلف لنز‌های در دسترس را در نظر بگیرید. به‌ طورکلی لنزهای entocentric  یا  telecentric، همچنین لنز‌های wide-angle و fish-eye  وجود دارند. علاوه بر این، لنز‌های ویژه‌ای برای فروسرخ نزدیک (NIR) وجود دارد.

در این مقاله، ما به‌ طور انحصاری بر روی لنز entocentric  تمرکز خواهیم کرد؛ چرا که استفاده از آن‌ ها در بینایی ماشین در اولویت قرار دارد. لنز‌های entocentric عادی دارای روزنه (aperture) با زاویه ثابت برای لنزها و همچنین حسگرها می‌باشند. زاویه روزنه لنز، شبیه به چشم انسان است. اشیا دور، کوچک به نظر می‌رسند و اشیا نزدیک، بزرگ‌ تر دیده می‌شوند. بیشتر عدسی‌های entocentric موجود، اغلب بسان چشم انسان هستند.

شماره کوچک  F می‌تواند، عمق میدان را افزایش دهد؛ اما منجر به محو شدن زیاد  و تاری می‌شود. بنابراین، شما باید یک سازش خوب پیدا کنید.

جمع‌بندی : دریچه روزنه باید متناسب با شرایط نوری در صنعت شما باشد.

 

 

1.1 اتصال

رابط بین بدنه‌ی دوربین و لنز،  mount (اتصال) نام‌گذاری شده است. نحوه‌ی اتصال در اندازه‌های استاندارد، مختلف و با برچسب‌های مختلف با توجه به نوع پیچ بدنه‌ی دوربین موجود هستند. اتصال C  که به‌طور گسترده برای دوربین‌های بینایی ماشین در دسترس هستند؛ برای حسگرهای با قطر حدود 20 میلی‌متر (1.5 اینچ) مناسب هستند. برای حسگرهای بزرگ‌تر به‌طورکلی از اتصال F و یا F bayonet  استفاده می‌شود. هرچند که این نوع به‌ندرت در کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود. در صنعت، معمولاً لنز‌های نوع  CS و S که برای حسگرهای کوچک مناسب هستند؛ استفاده می‌شود. لنز‌هایی بااتصال نوع S  برای حسگرهایی با اندازه 1/2”، 1/3”  یا کوچک‌تر استفاده می‌شوند.

برای اتصال یک لنز نوع C بر روی اتصال نوع CS به حلقه آداپتور 5 میلی‌متری نیاز است. این روش برای اتصال‌های دیگر پاسخگو نیست. لنزی بااتصال CS نمی‌تواند بر روی دوربینی بااتصال C نصب شود.

3

چه پارامترهایی در هنگام انتخاب یک لنز باید در نظرم بگیرم؟

4

1- اندازه حسگر و دایره تصویر

اندازه حسگر، عاملی تعیین‌ کننده در انتخاب لنز صحیح است. دوربین‌های اسکن منطقه‌ای و اسکن خطی با وضوح‌بالا به‌طور خاص دارای حسگری بزرگتر، نسبت به دوربین‌های با وضوح کمتر هستند. ابعاد حسگرها توسط هیچ استانداردی مشخص نشده است؛ اما به‌وسیله وضوح تصویر و اندازه پیکسل، حسگر تعریف‌شده است. از لحاظ تئوری، هر چیزی در اینجا ممکن است و این تنها به قیمت ارتباط دارد. اندازه حسگر با واحد اینچ تعریف می‌شود. اما ارتباط قطر حسگر، 1 اینچ به 16 میلی‌متر است و نه 25.4 میلی‌متر. دلایلی تاریخی برای این موضوع وجود دارد.

اندازه سنسور و دایره تصویر
لنز

1.1 اتصال

رابط بین بدنه‌ی دوربین و لنز،  mount (اتصال) نام‌گذاری شده است. نحوه‌ی اتصال در اندازه‌های استاندارد، مختلف و با برچسب‌های مختلف با توجه به نوع پیچ بدنه‌ی دوربین موجود هستند. اتصال C  که به‌طور گسترده برای دوربین‌های بینایی ماشین در دسترس هستند؛ برای حسگرهای با قطر حدود 20 میلی‌متر (1.5 اینچ) مناسب هستند. برای حسگرهای بزرگ‌تر به‌طورکلی از اتصال F و یا F bayonet  استفاده می‌شود. هرچند که این نوع به‌ندرت در کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود. در صنعت، معمولاً لنز‌های نوع  CS و S که برای حسگرهای کوچک مناسب هستند؛ استفاده می‌شود. لنز‌هایی بااتصال نوع S  برای حسگرهایی با اندازه 1/2”، 1/3”  یا کوچک‌تر استفاده می‌شوند.

برای اتصال یک لنز نوع C بر روی اتصال نوع CS به حلقه آداپتور 5 میلی‌متری نیاز است. این روش برای اتصال‌های دیگر پاسخگو نیست. لنزی بااتصال CS نمی‌تواند بر روی دوربینی بااتصال C نصب شود.

قطر دایره تصویر

1.2 قطر دایره تصویر

اصطلاح “دایره تصویر” توصیف سطح حسگر است که توسط نور منتقل‌شده به‌واسطه لنز، بدون هیچ سایه‌ای بر روی لبه‌ها باشد. رخداد سایه بر روی لبه‌ها “هاله حاشیه‌ای” (vignetting) نامیده می‌شود.

مشابه اندازه حسگر، قطر دایره تصویر در اینچ داده‌شده است. در حالت ایده آل، لنز 1/3″  با اتصال C باید بر روی دوربینی با حسگری 1/3″  نصب شود. سپس دایره تصویر موجود، به‌صورت دلخواه استفاده می‌شود. اگر ما پس‌ازآن، لنزی بر روی بدنه دوربین با حسگر1/2″  متصل کنیم. آنگاه هاله حاشیه‌ای را تجربه خواهیم کرد.

جمع‌بندی : قطر دایره تصویر باید بزرگ‌تر یا هم‌اندازه با حسگر باشد.

۲. وضوح تصویر و اندازه پیکسل

تصویر با وضوح‌بالا

تصویر با وضوح‌بالا فقط زمانی ایجاد می‌شود که از لنزی با وضوح‌بالا استفاده شود. به‌منظور رسیدن به تصویری واقعاً خوب و با وضوح‌بالا، بیشتر از پارامتر تعداد بالای مگا پیکسل، موردنیاز است. لنز همچنین باید قادر به حل‌وفصل اندازه پیکسل باشد. وضوح تصویر بالا از یک لنز در جفت‌های خطی در هر میلی‌متر داده‌شده است و مشخص می‌کند که چه تعداد از خطوط به‌طور جداگانه در یک میلی‌متر قرارگرفته‌اند. جفت خط‌های بیشتر، نشان‌دهنده وضوح بیشتر لنز است.

وضوح  لنز به تعیین میزان بزرگی پیکسل‌ها، برای حل‌وفصل آن‌ها کمک می‌کند. خیلی از اوقات، مگاپیکسل به‌طور مستقیم برای لنز‌ها مشخص‌شده است. برای حسگری با وضوح تصویر 5MP – که شامل 5 میلیون نقطه تصویر است- ما نیاز به لنزی داریم که قادر به پوشش تمام 5MP باشد.

با منحنی MTF (تابع انتقال مدولاسیون) ظرفیت وضوح یک لنز از مرکز تا مرز تصویر شرح داده‌شده است. شما درباره این منحنی می‌توانید از تولیدکننده بپرسید. مرجع محاسبه منحنی MTF، چارت آزمون با میله‌های سیاه‌وسفید است که در آن ساختارها به‌وضوح بالاتری دست پیدا می‌کنند؛ بنابراین حداکثر وضوح در  lp/mm خوانده می‌شود.

جمع‌بندی : وضوح تصویر لنز باید با اندازه پیکسل‌های سنسور مطابقت داشته باشد.

نوشته‌ی جنبی: مگاپیکسل

بسیاری از کارخانه‌های سازنده‌ی دوربین‌های خانگی و یا گوشی‌های هوشمند، تبلیغ گسترده‌ای به‌ویژه بر روی تعداد بالای مگاپیکسل می‌کنند. این تبلیغ به مصرف‌کننده می‌گوید که مگاپیکسل بیشتر به معنی وضوح بیشتر و تولید بهترین تصویر است. اما در حقیقت، شمار بالای مگاپیکسل اگر لنز نامناسب باشد؛ کمکی نمی‌کند. لنز‌های باکیفیت خوب، گران هستند؛ بنابراین بسیاری از تولیدکنندگان سعی در صرفه‌جویی هزینه‌ها می‌کنند. به‌عنوان‌مثال، در حال حاضر یک گوشی هوشمند با وضوح دوربین 100 مگاپیکسل، تولید تصویر تار می‌کند؛ سنسوری با چنین تعداد بالای پیکسل تنها ایجاد تاری خواهد کرد.

بااین‌حال، دوربین کامپکت با وضوح تصویر 5 مگاپیکسل و لنزی باکیفیت بالا، تصاویر قابل‌ملاحظه و واضح‌تری با وجود وضوح ظاهراً کمتر، تولید می‌نماید. برای پردازش تصویر صنعتی، حسگرهایی با وضوح بین (VGA (0.3MP و 20MP  به‌طورکلی ارائه می‌شوند. وضوح‌های بالاتر،حداقل برای دوربین با اتصال  C، کیفیت بالاتری را به ارمغان نخواهد آورد؛ چراکه پیکسل‌ها، بسیار کوچک هستند و نویز می‌تواند بیشتر از حد توان اجرای امور اندازه‌گیری و وظایف بازرسی باشد.

لنز مناسب

3.تعامل فاصله کانونی و اندازه سنسور

ما فاصله بین مرکز اپتیکی لنز و نقطه کانونی را به‌عنوان فاصله کانونی نام می‌بریم. همه پرتوهای نور از جمله پرتوهای نور موازی در نقطه کانونی جمع می‌شوند. درنتیجه طول کانونی f از لنز، وابسته به قدرت انکساری لنز است و در میلی‌متر بیان می‌شود. لنز‌های غول‌پیکری که ما ممکن است به‌واسطه عکاسان ورزشی بشناسیم؛ واضح است که دارای فاصله کانونی بیشتری نسبت به دوربین‌های خانگی هستند. لنز‌های Wide-angle و fish-eye دارای فاصله کانونی کوچک‌تری هستند.

جمع‌بندی : فاصله کانونی باید با اندازه حسگر و نحوه کاربرد مطابقت داشته باشد.

انتخاب لنز مناسب

4.روزنه و شرایط روشنایی

انتخاب اندازه روزنه دوربین، تأثیر مستقیم بر روی کیفیت و روشنایی تصویر دارد. شماره F  (یا F-stop) نسبت فاصله کانونی بر قطر روزنه است و مشخص می‌کند که روزنه تا چه گستره‌ای بازشده است. شماره بالای F، بدان معنی است که روزنه کوچک‌تر است و درنتیجه نور کمتری بر روی حسگر می‌افتد. زمانی که روزنه کاملاً باز است، نور بیشتری بر روی حسگر می‌افتد و برای به دست آوردن یک تصویر خوب، نور اضافی کمتری موردنیاز است. برای شرایط کم‌نور، یک روزنه باز، نتیجه مطلوبی تولید می‌کند.

باز کردن روزنه به‌اندازه کوچک‌تر می‌تواند؛ مزایا و معایب را هم‌زمان داشته باشد. عوارض ناخواسته‌ای مانند ایجاد هاله‌ی حاشیه‌ای و دیگر انحرافات، کاهش  و در عین حال عمق تصویر افزایش‌ می‌یابد. با این‌حال، باید مراقبت محو شدن بیش‌ازحد بود. با روزنه‌ای خیلی کوچک، تاری ایجاد می‌شود. پس‌ازآن پرتوهای نور در لبه روزنه منحرف می‌شوند که موجب اثرات منفی قابل‌توجهی بر روی کیفیت تصویر می‌شود. بنابراین، تعدادی شماره F بهینه برای هر لنز وجود دارد که چیزی بیش از مصالحه بین حداقل تاری و بزرگ‌ترین عمق میدان نیست.

انتخاب لنز مناسب

شماره کوچک  F می‌تواند، عمق میدان را افزایش دهد؛ اما منجر به محو شدن زیاد  و تاری می‌شود. بنابراین، شما باید یک سازش خوب پیدا کنید.

جمع‌بندی : دریچه روزنه باید متناسب با شرایط نوری در صنعت شما باشد.

ممنون که مطلب ما را مشاهده نمودید،شما همچنین می توانید مطالب ما در شبکه های اجتماعی همچون اینستاگرام،اپارات و لینکدین مطالعه کنید،لطفا سایر مطالب ما را نیز پیگیری کنید.

مترجم: محمد کیانی