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La fonction P-Iris, un avantage incontesté pour la vision industrielle

Les dispositifs optiques et l'éclairage jouent un rôle essentiel dans l'optimisation des conditions de contrôle et de mesure effectués par un système de vision industrielle. Une action apparemment simple, comme celle du réglage du diaphragme (ouverture) par exemple, affecte en réalité plusieurs paramètres du système de vision. Il existe plusieurs façons de régler l’ouverture, mais la méthode de contrôle précis du diaphragme (P-Iris) offre des avantages incontestables.

Le rôle du diaphragme dans la vision industrielle

L'ouverture et la fermeture du diaphragme permettent d'ajuster la quantité de lumière qui atteint le capteur de la caméra et offrent ainsi un contrôle du niveau de luminosité de l'appareil photo. Le réglage du diaphragme se caractérise par une valeur d’ouverture fréquemment appelée « nombre f », présentée sous forme d’un rapport : f/1, f/1,4, f/2, f/2,8, f/4, f/5,6, f/8, f/11, f/16 et f/22. A chaque étape, la quantité de lumière incidente passant à travers l'objectif est moitié plus grande.

Cependant, la taille de l’ouverture affecte aussi bien la profondeur de champ que la distance de mise au point du système. La profondeur de champ est la distance de netteté entre les objets les plus proches et les plus éloignés. Plus l'ouverture est petite, plus la profondeur de champ est grande. La distance de mise au point est la distance à laquelle le capteur peut être placé, tout en maintenant un niveau de mise au point correct (avec un objet restant dans la même position). Cela détermine la précision avec laquelle la caméra doit être positionnée pour une scène particulière. Et à nouveau, plus l'ouverture est petite, plus la distance de mise au point est importante.

Effets d'aberration optique

On pourrait alors penser que le réglage de l'ouverture à son minimum permettrait d’obtenir la meilleure profondeur de champ. Mais c’est oublier qu’ainsi, l’obturateur devrait rester bien trop longtemps ouvert pour que la lumière atteigne le capteur en quantité suffisante. On atteint ici des vitesses d’obturation prohibitives. Par ailleurs, avec une ouverture réduite à des valeurs inférieures à f/8, la diffraction commence à devenir un facteur limitant. La diffraction résulte de la légère flexion de la lumière passant à proximité des lames du diaphragme. Plus l'ouverture est petite, plus le pourcentage de lumière diffractée est grand. La diffraction provoque l'étalement d'un point de lumière dans un soi-disant «cercle flou», réduisant la netteté de l'image.

Pour de meilleurs résultats, la taille du cercle flou devrait légèrement dépasser la taille d'un pixel du capteur. Cela signifie qu'il faut prendre soin de choisir le capteur le plus approprié pour les applications nécessitant une petite ouverture. Les capteurs à petits pixels doivent ainsi être évités, car plus les pixels sont petits, moins ils pardonnent avec les effets de flous. D’un autre côté, une grande ouverture entraîne également des complications, en plus de fournir une profondeur de champ réduite.

A ce niveau-là, les aberrations telles que l'aberration chromatique et sphérique peuvent commencer à avoir un effet sur la qualité de l'image. L'aberration chromatique résulte du fait que les différentes longueurs d'ondes de la lumière se focalisent en des points légèrement différents. L'aberration sphérique se produit quant à elle du fait que les rayons lumineux passant par les bords de la lentille ne convergent pas sur le même plan que les rayons passant par le centre, entraînant une perte de définition sur une partie de l'image.

Ainsi, l'ajustement précis de l’ouverture du diaphragme fournit un compromis entre la quantité de lumière atteignant le capteur, la vitesse d'obturation, la profondeur de champ et les effets d'aberration.

Diaphragme automatique

Un objectif à diaphragme automatique possède une ouverture de diaphragme motorisée et ajustable automatiquement qui répond aux changements de niveaux de luminosité. Il en existe de deux sortes : un système de diaphragme DC et de diaphragme vidéo. Dans un objectif à diaphragme DC, le circuit de conversion du signal analogique en signaux de commande motorisés se trouve à l'intérieur de la caméra ; avec le diaphragme vidéo, le circuit se trouve dans l'objectif lui-même. Alors que ces systèmes ajustent la quantité de lumière atteignant le capteur, en ouvrant ou en fermant trop l'ouverture, des effets de diffractions ou d'autres aberrations peuvent se produire. En outre, comme ces commandes dépendent d'un signal de niveau continu, elles ne fonctionnent pas correctement lorsque la caméra est déclenchée de façon intermittente, comme cela se produit dans la plupart des systèmes de vision industrielle.

La solution : la fonction de P-Iris

La fonction de contrôle précis du diaphragme a été introduite pour répondre aux défauts d’un objectif à diaphragme automatique et offrir des progrès en termes de contraste, clarté, résolution et profondeur de champ. Il inclut un objectif P-Iris et un logiciel spécialisé qui permet de régler des paramètres de la caméra, tels que les valeurs de gain et le temps d'exposition afin d’optimiser la qualité des images.

Contrairement aux objectifs à diaphragme automatique, les objectifs P-Iris contiennent un moteur progressif qui permet de positionner l’ouverture du diaphragme sur la valeur exacte de f désirée, permettant de contrôler le débit lumineux avec une extrême précision.

Le réglage des valeurs de gain, d'exposition et d'ouverture peuvent ainsi être finement équilibrés, pour un résultat parfait. Trop de gains et de bruit posent problème. Des temps d'exposition prolongés (vitesse d'obturation lente) entraînent un flou cinétique. Une ouverture trop petite introduit des effets de diffraction, réduisant la netteté de l'image.

En ajustant très précisément la valeur de f et le temps d’exposition, le système P-Iris permet d’obtenir la meilleure valeur de profondeur de champ tout en limitant la diffraction et évitant le flou cinétique. Le moteur progressif « gèle » l’ouverture entre deux prises de vue. Le P-Iris est ainsi bien adapté chaque fois qu'un déclencheur externe est utilisé pour déclencher la prise de vue d’images simples ou multiples. Dans les situations où le réglage désiré de l’ouverture et les capacités de traitement électronique de la caméra ne permettent pas de corriger adéquatement l'exposition, le P-Iris enverra automatiquement un signal au diaphragme pour qu’il passe à une position différente. Ainsi, quelles que soient les conditions d’éclairage, la caméra effectue automatiquement les réglages nécessaires pour fournir la meilleure image possible.

Objectifs P-Iris et caméras

En tant que fournisseur indépendant de technologie de vision industrielle en Europe, STEMMER IMAGING peut offrir un large choix d’objectifs P-Iris et de caméras, comme par exemple les objectifs de Computar, Schneider Kreuznach, Fujinon et Kowa. Pour les caméras, on retrouve les séries Prosilica d’Allied Vision, Spark de JAI et Genie TS de Teledyne DALSA.