autofocus

L'autofocus est un système en boucle fermée qui ajuste automatiquement la distance entre un objectif et son plan focal pour produire une image nette. Dans les caméras industrielles, les systèmes de vision artificielle et les équipements d'inspection de fabrication, l'autofocus fonctionne en mesurant la qualité de la mise au point en temps réel, puis en actionnant un moteur ou un actionneur pour déplacer l'objectif ou le capteur jusqu'à ce que le contraste atteigne un pic. Ce pic correspond au plan de mise au point le plus net. Le système le fait sans intervention de l'opérateur, ce qui est essentiel dans les environnements de production où la vitesse et la cohérence sont plus importantes que l'habileté de mise au point manuelle.

Les systèmes d'autofocus industriels utilisent généralement l'une des deux méthodes de détection. La détection de contraste mesure la netteté de l'image elle-même, recherchant des changements spatiaux à haute fréquence qui indiquent la mise au point ; un microprocesseur ajuste la position de l'objectif jusqu'à ce que cette métrique de contraste atteigne son maximum. La détection de phase, utilisée dans certains systèmes à grande vitesse, divise la lumière du sujet en deux faisceaux et mesure la différence de phase entre eux pour calculer directement la distance de mise au point. La détection de phase est plus rapide mais nécessite plus de matériel optique. Les systèmes hybrides combinent les deux méthodes : détection de phase pour une mise au point grossière, puis affinement du contraste pour la précision.

L'actionneur mécanique dans un système d'autofocus est généralement un moteur à bobine mobile, un moteur pas à pas ou un actionneur piézoélectrique, selon la vitesse et la précision requises. Les moteurs à bobine mobile réagissent rapidement au courant électrique et sont courants dans les caméras industrielles rapides. Les moteurs pas à pas offrent un positionnement répétable mais se déplacent plus lentement. Les empilements piézoélectriques offrent une résolution à l'échelle nanométrique mais une plage de déplacement limitée, ce qui les rend adaptés à l'affinement final de la mise au point dans les systèmes de métrologie.

Quand l'autofocus échoue dans des conditions difficiles

Les systèmes d'autofocus industriels ont des difficultés avec les sujets à faible contraste, l'éclairage de fond extrême, les motifs répétitifs et les mouvements rapides. Une pièce grise uniforme ou une surface métallique brillante peut ne pas générer suffisamment d'informations de contraste pour que l'algorithme puisse verrouiller la mise au point. Les vibrations et la dérive thermique dégradent également les performances. De nombreuses applications industrielles désactivent donc l'autofocus et utilisent des montures d'objectif fixes avec des calculs de profondeur de champ, ou elles pré-calibrent la distance de mise au point pour une géométrie de pièce connue.

Le terme autofocus est apparu dans les années 1970 dans la photographie grand public et a ensuite été adapté pour l'inspection industrielle. Dans la fabrication, l'autofocus permet aux systèmes d'inspection visuelle en ligne de s'adapter aux petites variations de positionnement des pièces sans recalibrage manuel entre les cycles. Il est standard dans les caméras de vision industrielle modernes évaluées à plus d'un mégapixel et dans les systèmes d'endoscopie utilisés pour l'inspection des composants internes. La vitesse de l'autofocus est mesurée en millisecondes par image, ce qui a un impact direct sur le débit des lignes de production à grande vitesse.