Mettere a fuoco tutto: Trovare la lente giusta per il proprio sistema di visione
Per ottenere immagini nitide non basta una buona telecamera: solo l'obiettivo giusto garantisce una qualità ottimale. Gli obiettivi differiscono non solo per risoluzione, lunghezza focale e dimensioni, ma anche per il loro design. Nel seguente articolo ti mostreremo quale obiettivo è adatto per ogni situazione.
Ultimo aggiornamento: 02/02/2026
Tempo di lettura: circa 14 Minuti
Passaggi per la scelta delle lenti
Controllare il supporto della telecamera
Scegliere un cerchio di immagine compatibile con le dimensioni del sensore
Determinare la lunghezza focale in base al campo visivo e alla distanza di lavoro
Adattare la risoluzione al sensore
Si considerino l'apertura, la distanza di lavoro, l'intervallo spettrale e eventuali requisiti particolari
Quali tipi di lenti esistono?
In sostanza, si distinguono diversi tipi di obiettivi. Gli obiettivi possono essere classificati sia in base alla loro struttura che alla possibilità di regolare la lunghezza focale.
Classificazione delle lenti in base al loro disegno ottico
Le lenti entocentriche sono utilizzate in gran parte delle applicazioni di visione artificiale e producono un'immagine prospettica, simile a quella dell'occhio umano: gli oggetti lontani appaiono più piccoli, mentre quelli vicini appaiono più grandi. Lo stesso occhio umano è un esempio di ottica entocentrica.
Gli obiettivi telecentrici sono particolarmente indicati per applicazioni che richiedono immagini in scala reale senza distorsioni prospettiche.
Differenza in base alla regolabilità della lunghezza focale e della ghiera di messa a fuoco
Tipo di lente | Distanza focale | Messa a fuoco | Applicazioni tipiche | Caratteristiche speciali |
Obiettivo a fuoco fisso | Corretto | Fissa (monofocale) | Telecamere industriali, telefoni cellulari di vecchia generazione | Non è possibile effettuare alcuna regolazione |
|---|---|---|---|---|
Obiettivo a focale fissa | Corretto | Regolabile manualmente o automaticamente | Visione artificiale, ottica industriale | Angolo di campo costante, elevata qualità dell'immagine |
Lente varifocale | Variabile | Richiede una nuova regolazione dopo la modifica della lunghezza focale | Telecamere IP, videosorveglianza | Flessibile, occorre ricalibrare l'attenzione |
Obiettivo zoom | Variabile | La messa a fuoco rimane fissa durante lo zoom | telecamere per uso privato, applicazioni speciali | Messa a fuoco automatica durante la regolazione della lunghezza focale |
Di seguito ci concentreremo sulle lenti entocentriche, poiché sono utilizzate in gran parte delle applicazioni di visione artificiale.
Il supporto giusto per un corretto collegamento meccanico alla telecamera
La scelta di un obiettivo inizia con un'occhiata alla tua telecamera. Che tipo di attacco ha? Questo attacco collega saldamente il corpo macchina all'obiettivo.
Panoramica dei supporti per telecamere di visione artificiale
Supporto | Meccanica | Distanza focale della flangia | Dimensioni tipiche del sensore |
Attacco F | Baionetta | 46,5 mm | fino a circa 42 mm (sensori di grandi dimensioni) |
|---|---|---|---|
Attacco a C | Filettatura | 17,5 mm | fino al 4/3" |
Attacco CS | Filettatura | 12,5 mm | per lo più 1/1,8", raramente fino a 4/3" |
Attacco a S | Filettatura | non definito | per lo più 1/1,8", raramente fino a 2/3" |
La distanza focale della flangia
La distanza focale della flangia è la distanza tra la superficie di montaggio dell'obiettivo e il sensore della telecamera. Un obiettivo è ottimizzato in termini di prestazioni ottiche per una specifica distanza focale della flangia e dovrebbe quindi essere utilizzato con quella distanza focale della flangia.
Viene definita in modo diverso a seconda dell'attacco dell'obiettivo. Ad esempio, l'attacco C-Mount ha una distanza focale della flangia pari a 17,526 mm.
Differenze meccaniche dei supporti
Dal punto di vista meccanico, si distinguono due tipi di collegamenti:
Attacco a baionetta: chiusura rotante con blocco, molto stabile, utilizzata esclusivamente per gli attacchi di tipo F
Filettatura: avvitata, compatta
Scegli il diametro del cerchio d'immagine in base al sensore
Il cerchio d'immagine è l'area del sensore che viene esposta in modo uniforme e senza oscuramento ai bordi (vignettatura). L'attacco di un obiettivo fornisce solo informazioni limitate sul cerchio d'immagine. Questa specifica è riportata nelle schede tecniche degli obiettivi con la denominazione ""Cerchio d'immagine massimo"."
Circolo di immagine troppo piccolo
Il diametro del cerchio d'immagine è specificato in pollici, proprio come le dimensioni del sensore. Un obiettivo con attacco C da 1/3″ è ideale per una telecamera con sensore da 1/3″: in questo modo il cerchio d'immagine viene sfruttato al massimo delle sue potenzialità. Con un sensore più grande (ad esempio, da 1/2″), lo stesso obiettivo causerebbe vignettatura se fosse progettato esclusivamente per un sensore da 1/3″.
Circolo di immagine troppo grande
Se si utilizza un obiettivo da 2/3″ su un sensore più piccolo da 1/3″, non si verifica alcuna vignettatura e la nitidezza dell’immagine rimane elevata fino ai bordi. Tuttavia, poiché gran parte del cerchio d’immagine rimane inutilizzata e gli obiettivi più grandi sono più costosi, un obiettivo più piccolo è solitamente più conveniente per i sensori più piccoli.
Risoluzione e dimensione dei pixel
Un sistema di visione ad alta risoluzione non richiede solo un sensore con molti megapixel, ma anche un obiettivo in grado di riprodurre questa risoluzione. La risoluzione di un obiettivo determina la visibilità o la perdita dei dettagli più fini. Nelle sezioni che seguono si spiegherà perché la risoluzione e la dimensione dei pixel devono essere considerate insieme e come si possono valutare le prestazioni di un obiettivo.
Risoluzione e coppie di linee per millimetro
La risoluzione di un obiettivo è espressa in coppie di linee per millimetro (lp/mm). Questo valore indica quante linee sottili è ancora possibile distinguere chiaramente l'una dall'altra in un millimetro. Più alto è questo valore, maggiore è la nitidezza dei dettagli riprodotti. Un sensore può sfruttare appieno il proprio potenziale solo se la risoluzione dell'obiettivo è sufficientemente elevata.
Curve MTF: Nitidezza dal centro ai bordi
La curva MTF (modulation transfer function) può essere utilizzata per visualizzare la risoluzione di un obiettivo sull'intero campo dell'immagine, dal centro dell'immagine ai bordi. La curva si basa su un grafico di prova con linee bianche e nere la cui distanza diventa sempre più piccola. I produttori spesso forniscono le curve MTF su richiesta o nelle schede tecniche e aiutano a valutare oggettivamente le prestazioni effettive di un obiettivo.
Dimensione del pixel e selezione dell'obiettivo nella pratica
La risoluzione dell'obiettivo deve corrispondere alla dimensione dei pixel del sensore: solo così ogni pixel risulterà nitido. Con un sensore da 5 megapixel, ad esempio, è necessario un obiettivo in grado di riprodurre effettivamente quei 5 MP. Alcuni obiettivi indicano la risoluzione del sensore supportata direttamente in megapixel: ciò semplifica il processo di selezione, ma non sostituisce la verifica delle specifiche tecniche quali lp/mm o le curve MTF.
Solo quando la risoluzione del sensore e le prestazioni dell'obiettivo sono ben calibrate è possibile sfruttare appieno il potenziale di un sistema di visione artificiale.
Interazione tra lunghezza focale e dimensione del sensore
La lunghezza focale indica la distanza tra il centro ottico di una lente e il punto focale. Nel punto focale convergono tutti i raggi di luce incidente paralleli. La lunghezza focale f di una lente dipende quindi dal potere di rifrazione delle lenti ed è espressa in millimetri.
Lunghezza focale ed effetto dell'immagine
Maggiore è la lunghezza focale, maggiori sono le caratteristiche teleobiettivo dell’obiettivo. Gli enormi obiettivi che conosciamo dai fotografi sportivi o dai paparazzi hanno quindi lunghezze focali notevolmente superiori rispetto a quelle degli obiettivi delle telecamere di uso comune. Gli obiettivi grandangolari e fisheye hanno, di conseguenza, lunghezze focali inferiori.
Lunghezze focali tipiche
Lunghezza focale (mm) | Tipo di lente | Campo visivo con sensore da 2/3" | Campo visivo con sensore da 1/2,5" |
2 | Fisheye | molto grande | grande |
|---|---|---|---|
6 | Grandangolo | grande | normale |
12 | normale | medio | piccolo |
35 | Tele | piccolo | molto piccolo |
100 | Super Tele | molto piccolo | estremamente piccolo |
Calcolo della lunghezza focale
La lunghezza focale è determinata dalla larghezza del sensore, dalla larghezza dell'oggetto e dalla distanza operativa. La maggior parte dei fornitori di obiettivi offre strumenti di calcolo sui loro siti web con i quali è possibile calcolare la lunghezza focale .
In alternativa, la lunghezza focale può essere calcolata utilizzando questa formula:
Scegliere la giusta lunghezza focale
Non tutte le lunghezze focali calcolate sono disponibili come obiettivi. I valori più comuni sono 4, 6, 8, 12, 16, 25, 35, 50, 75 e 100 mm (lunghezze focali fisse). Se il valore desiderato si trova in un intervallo intermedio, in genere è consigliabile scegliere la lunghezza focale più corta per ottenere un campo visivo più ampio e una risoluzione più elevata. Gli obiettivi zoom sono versatili, ma in genere offrono una qualità dell’immagine inferiore rispetto agli obiettivi a lunghezza focale fissa.
Immagini di esempio per varie lunghezze focali
Il confronto tra le immagini mostra come l'area dell'immagine si riduca e l'effetto di zoom aumenti all'aumentare della lunghezza focale, aspetto fondamentale per la scelta dell'obiettivo giusto. La lunghezza focale deve sempre corrispondere alle dimensioni del sensore e alla configurazione specifica dell'applicazione.
Apertura e condizioni di illuminazione
La scelta dell'apertura della telecamera ha un impatto diretto sulla qualità dell'immagine e sulla luminosità. Il numero F (o F-stop) è il rapporto tra la lunghezza focale e il diametro del diaframma e indica l'apertura del diaframma.
Numero F e qualità dell'immagine
Un numero F elevato significa un'apertura più piccola: meno luce cade sul sensore. Un'apertura ampia è vantaggiosa in condizioni di scarsa illuminazione, poiché lascia passare più luce.
Le aperture più piccole aumentano la profondità di campo e riducono le aberrazioni come la vignettatura, ma possono portare a sfocature da diffrazione. Questo fenomeno è causato dalla diffrazione della luce ai bordi dell'apertura e riduce la qualità dell'immagine.
Ogni obiettivo ha quindi un numero F ottimale, come compromesso tra massima profondità di campo e minima diffrazione.
Conclusione: Selezionare l'apertura in modo che corrisponda alla situazione di illuminazione dell'applicazione, né troppo ampia né troppo ridotta.
Distanza di lavoro / rapporto di ingrandimento
La maggior parte degli obiettivi per la visione artificiale industriale è ottimizzata per una distanza di lavoro di circa 50 cm. Tale distanza corrisponde alla distanza tipica tra la telecamera e l'oggetto in molte applicazioni industriali.
Gli obiettivi standard per la visione artificiale garantiscono la migliore qualità dell'immagine con rapporti di ingrandimento compresi tra 1:1 e 1:10 (rapporto tra le dimensioni del sensore e quelle dell'oggetto). Questo intervallo è spesso limitato dalla distanza minima dall'oggetto (MOD) dell'obiettivo.
Utilizzando i cosiddetti anelli di prolunga, è possibile aumentare la distanza di lavoro e, di conseguenza, l'ingrandimento. Tuttavia, gli obiettivi standard non sono progettati per questi ingrandimenti più elevati e, di conseguenza, la qualità dell'immagine ne risente in modo significativo. Per ottenere risultati ottimali, è quindi consigliabile evitare, per quanto possibile, l'uso degli anelli di prolunga.
Se sono necessari rapporti di ingrandimento più elevati (superiori a 1:10), si consiglia l'uso di obiettivi macro. Questi sono progettati specificatamente per un intervallo compreso approssimativamente tra 1:10 e 1:1.
Per ingrandimenti ancora maggiori (a partire da circa 5x, ovvero un rapporto ≥ 5:1), si utilizzano gli obiettivi del microscopio.
Intervallo spettrale
Le lenti convenzionali sono ottimizzate per la luce visibile, ovvero per lunghezze d'onda comprese tra 400 e 700 nm. La luce infrarossa (IR) viene solitamente riprodotta sfocata da queste lenti. Nelle applicazioni esclusivamente a infrarossi, questa sfocatura è spesso comunque accettabile.
Tuttavia, se è necessario ottenere immagini nitide sia nella luce visibile che in quella infrarossa contemporaneamente, l'obiettivo deve coprire un intervallo di lunghezze d'onda significativamente più ampio, compreso tra 400 e 1000 nm. Questo requisito comporta un aumento del costo dell'obiettivo oppure comporta compromessi in altri parametri prestazionali.
Lista di controllo per la scelta degli obiettivi
Prima di scegliere un obiettivo, controllate i seguenti punti:
Attacco dell'obiettivo: determina quale tipo di attacco deve avere l'obiettivo per poterlo fissare saldamente al corpo macchina.
Circolo& d'immagine del sensore: assicurarsi che il circolo d'immagine dell'obiettivo corrisponda alle dimensioni del sensore della telecamera (circolo" "d'immagine massimo indicato nella scheda tecnica).
Selettori online: utilizza i selettori di obiettivi online dei produttori' per calcolare la lunghezza focale adeguata.
Tipo di obiettivo: scegli tra lunghezza focale variabile o fissa a seconda delle tue esigenze.
Risoluzione: verificare se l'obiettivo sia effettivamente in grado di raggiungere la risoluzione del sensore; un numero elevato di megapixel da solo non è sufficiente.
Valore di apertura: familiarizzate con i valori e i tipi di apertura (apertura" relativa" massima indicata nella scheda tecnica).
Intervallo spettrale: specificare se l'obiettivo deve rilevare solo la luce visibile o anche quella infrarossa.
Distanza minima: prestare attenzione alla distanza minima dall'oggetto (MOD) tra la telecamera e l'oggetto, poiché questa influisce sull'ingrandimento e sulla qualità dell'immagine.
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