インテリジェントレンズシステムが機械ビジョンシステムの統合を向上
By Mark Peterson, VP Advanced Technology and Andrea Van, VP Business Development. Theia Technologies. © 2024. ダウンロード
Theia TechnologiesのIQ Lens™ Systemは、モーター駆動のレンズ、モーター制御ボード、平均キャリブレーションデータ、およびグラフィカルユーザーインターフェース（GUI）を備えたソフトウェアを組み合わせ、モジュール式で高い設定性を持つシステムを形成しています。最近まで、ユーザーは独自のモーター制御ソフトウェアを開発する必要がありましたが、TheiaのIQ Lens™ Systemソフトウェアアプリケーションと直感的なGUIは、ユーザーの開発作業とコストを大幅に削減し、市場投入までの時間を短縮します。IQ Lens™のキャリブレーションデータは、最適な画像品質と簡単なイメージングシステム設定を可能にするインテリジェンスを提供します。コンパクトで軽量な可変焦点レンズとモーター制御ボードは、アクセスが困難な場所や移動環境でのリモート操作を可能にします。これらの要素が組み合わさることで、便利でコスト効果の高い統合が実現されます。
リモートアクセスと制御
Theiaのモーター駆動レンズとモーター制御ボードは、さまざまな機械ビジョンアプリケーション用のビジョンシステムに統合するように設計されており、ステッパーモーターを使用してズーム、フォーカス、アイリス、およびフィルターの操作を行います（図1参照）。これにより、リモートまたはアクセスが困難な設置場所でのカメラのセットアップとインストールが簡素化され、高額な現場キャリブレーションや交通の混雑を回避することができます。
Figure 1. Theia’s IQ Lens™ System integrated into robotics application. Image courtesy of Staubli.
レンズは非常に多用途で、ズームとフォーカスをリモートで調整できるため、可変カメラ位置やオブジェクト距離が必要なイメージングシステムの配置において大きな柔軟性を提供します。リモートズームとフォーカスにより、動的環境や自動化、ロボティクス、ITS、ANPRを含むアプリケーションで、オブジェクト解像度の微調整が可能です。これにはモバイルシステムやその他のアプリケーションも含まれます。
Theiaのモーター駆動レンズは、正確な色再現のための可視光と、近赤外線（NIR）光（追加のNIR照明の有無にかかわらず）の切り替えも可能で、ナンバープレート読み取りアプリケーションなどでの感度向上に役立ちます。この機能により、食品や飲料の欠陥検出や高詳細の多スペクトルアプリケーションでのイメージングも可能になります（図2参照）。
図2. Theiaのモーター駆動レンズが可視光と近赤外線光を同じ平面に焦点を合わせている様子が、この飲料検査シミュレーションで示されています。
プラグアンドプレイ
最近まで、Theiaのモーター駆動レンズとモーター制御ボードを一緒に使用するには、ユーザーがエンジニアリングパラメーターをモーターのステップに変換し、モーターのステップをレンズコマンドに変換するためのソフトウェアを開発する必要がありました。Theiaの新しいIQ™ Lens Systemは、イメージングシステムへの迅速かつ簡単な統合を可能にするソフトウェアSDKを提供します。
多くのユーザーは視野、被写界深度、またはオブジェクト距離を設定したいと考えています。このシステムのIQ Lens™では、これらのエンジニアリング単位が直感的な概念から自動的にモーターのステップに変換され、Theiaのレンズ制御ライブラリとGUIを使用してレンズを制御できます。これにより、複雑な外部計算、曲線フィッティング、補間を必要とせず、どのモーターステップがどのFOVに対応するか、どのアイリスステップがどのF/#に相当するかを調べる必要がありません（図3参照）。
Figure 3. Theia IQ Lens™ control software's graphical user interface.
新しいIQ Lens™ Systemには、MCR IQ™ Motor Control Boardが含まれており、ソフトウェアアプリケーションとGUIを使用してモーターのステップを機械コマンドに変換し、レンズを希望の位置に移動させます。このボードは、USB、UART、またはi2cプロトコルを介して通信し、統合の柔軟性を提供します。
IQ Lens™とMCR IQ™ Motor Control Boardの購入には、ソフトウェアアプリケーションを使用するためのロイヤリティフリーライセンスが含まれています。
ソフトウェアアプリケーションはどちらもプログラム開発用のPythonモジュールとして利用可能です。また、ユーザーがモジュールにアクセスできる便利なGUIアプリケーションも用意されています。これらのモジュールは、ユーザーの手間、時間、コストを大幅に削減し、独自のソフトウェアを開発する必要をなくし、システムの開発、統合、そして市場投入までの時間を大幅に短縮します。
レンズインテリジェンス
TheiaのIQ Lens™には、画像性能と画像処理速度を向上させるためのキャリブレーションデータがコンピュータ可読データ形式で含まれています。
可変焦点レンズでは、焦点距離を変更すると画像が焦点を失うため、希望の視野（焦点距離）に最適な焦点を設定するには反復的なプロセスが必要です。TheiaのIQ Lens™キャリブレーションデータには、ズーム位置を変更しながらレンズの焦点を維持するため、または既知のズーム位置で焦点を設定するために使用できる平均測定ズーム/フォーカストラッキングカーブが含まれています。このズーム/フォーカス曲線は、製造中のレンズのローリング平均として常に最新の状態に保たれています（図4参照）。
図4. 焦点距離12-50mmのレンズのフォーカス/ズームトラッキングカーブ、異なる焦点距離におけるフォーカス/ズームモータ位置を示しています。
この関係を知ることで、ユーザーは焦点とズームモーターの位置をリモートでプログラムし、自律型モバイルロボット（AMR）、検査ライン、ピックアンドプレース環境、ITSの交通ゲート、屋外監視カメラなど、アクセスが困難なカメラでの画像最適化を実現できます。
視野設定の精度は、焦点距離とズームモーターのステップ位置の関係を知ることで達成できます。カメラが固定位置にないために視野やオブジェクト距離が変わる必要があるリモート操作やピックアンドプレース自動化機器、モバイル速度カメラなどのアプリケーションでは、この焦点距離とフォーカスの調整性により、カメラからのオブジェクト距離に応じて画像を最適化できます。
キャリブレーション曲線は、レンズロットごとに監視され、曲線の正確性が維持されていることが確認されます。Theia IQ Lens™を購入すると、最新の平均データファイルが提供され、オンラインでダウンロード可能です。
TheiaのIQ Lens™には、同じファミリーのレンズ間で共通する設計データも含まれており、絞りサイズ、幾何学的歪み、相対的照明などが含まれており、これらは画像処理の向上に利用できます。
絞りサイズの設計データは、限られた照明制御がある屋外アプリケーションでの照明制御を可能にします。ITS、ANPR、空中作物監視、インフラストラクチャー監視などのアプリケーションは、より正確な絞り制御を通じて被写界深度の増加から利益を得られます（図5参照）。
図5. モーター駆動のアイリス制御により、ユーザーは絞りサイズを正確に制御でき、ここで示されているようにANPRアプリケーションに役立ちます。
複数の焦点距離の幾何学的歪み設計データは、位置補正を許可します。3Dマッピング、状況認識、AMRのナビゲーション、画像ステッチングおよび歪み補正など、既知のオブジェクト位置が必要なイメージングアプリケーションは、複雑な歪みマッピング照明グリッドジグなしで設定できます。
相対的照明設計データは、異なる焦点距離とF/#設定でコーナー画像の明るさを均一に調整でき、均一に露出されたシーンが必要なアプリケーション、例えばビンピッキング、品質管理アプリケーション、リテール、およびその他の監視環境に適しています。
このデータはTheiaのクラウドデータベースからダウンロード可能で、データの使用に関する指示や提案が記載されたアプリケーションノートが提供されます。キャリブレーションデータフレームはJSON形式のデータファイルで提供されます。
モジュラー設計
TheiaのIQ Lens™ Systemは、ハードウェアのエンクロージャー内で柔軟な構成を可能にするモジュール式設計を提供します（図6参照）。モーター駆動の可変焦点レンズは52mm未満のコンパクトなレンズ長を持ち、Theiaのモーター制御ボードは25x60mmのサイズで、小さなエンクロージャーにフィットし、AMRやUAVなどのモバイルまたは無人アプリケーションで使用するのに軽量で最適な操作性を提供します。
図6. TheiaのモジュラーIQ Lens™ Systemは高い設定性を持ち、複雑なイメージングシステムへの統合が可能です。
結論
TheiaのIQ Lens™ Systemは、モーター駆動の可変焦点レンズ、モーター制御ボード、平均キャリブレーションデータ、ソフトウェアアプリケーションを含み、今日の要求の厳しい機械ビジョンアプリケーションをサポートする便利で柔軟、かつコスト効率の高いパッケージを提供します（図7参照）。迅速、インテリジェント、コスト効率的。単にスマートです！
図7. TheiaのIQ Lens™ Systemには、モーター駆動レンズ、モーター制御ボード、平均キャリブレーションデータ、グラフィカルユーザーインターフェースを備えたソフトウェアが含まれています。