Liquid lens calibration

Liquid lenses are a new type of lenses that are starting to appear on the market as a good alternative to motorized multifocal lenses, due to their faster response, smaller dimensions and lower power consumption. Unlike traditional fixed shaped lenses, liquid lenses can change their shape by acting on a control parameter, usually voltage. This in turn changes properties of the imaging system such as the focal length, the image distortions, the focus distance and the lens resolution. This thesis aims to create a practical pipeline to fully characterize liquid lens mounting imaging systems. In particular, we propose a calibration procedure based on set of targets that allow to determine the working condition of the imaging system. The proposed calibration is suited for short distances, corresponding to the one used in code scanning for product tracking, and in the sector of product inspection. Taking inspiration from existing works in the field of camera calibration and shape reconstruction from focus and defocus, we tailored a unified pipeline purposely designed for liquid lenses. To calibrate the intrinsic camera matrix and the distortions of the camera we combine a series of monofocal calibration by varying the lens control parameter. Depth from focus, along with a custom calibration target, is employed to calibrate the focus distance, while for the lens resolution a measurement of the modulation transfer function of the lens has been developed.

Le lenti liquide sono un nuovo tipo di lenti che stanno iniziando ad apparire sul mercato come una valida alternativa alle lenti multifocali motorizzate, grazie alla loro migliorata reattività, alle loro minor dimensioni e al loro ridotto consumo energetico. A differenza di sitemi ottici tradizionali con lenti a focale fissa, le lenti liquide possono cambiare la loro forma agendo su un parametro di controllo, solitamente la tensione. Questo modifica a sua volta le proprietà del sistema di visione come la lunghezza focale, le distorsioni dell’immagine, la distanza di messa a fuoco e la risoluzione della lente. Questa tesi ha l’obiettivo di creare una pipeline pratica per caratterizzare completamente i sistemi di visione dotati di lenti liquide. In particolare, proponiamo una procedura di calibrazione basata su un insieme di target che permettono di determinare le propietà del sistema di visione. il metodo di calibrazione proposto è adatto per brevi distanze, corrispondenti a quelle utilizzate nel campo della scansione dei codici per il tracciamento della filera e nel settore dell’ispezione di prodotti. Prendendo ispirazione da lavori esistenti nel campo della calibrazione delle fotocamere e della ricostruzione della forma tramite messa a fuoco e sfocatura dell’immagine, abbiamo creato una pipeline unificata progettata appositamente per le lenti liquide. Per calibrare la matrice intrinseca della fotocamera e le distorsioni della fotocamera, combiniamo una serie di calibrazioni monofocali variando il parametro di controllo della lente. Il metodo di depth from focus, insieme a un bersaglio di calibrazione dedicato, è utilizzata per calibrare la distanza di messa a fuoco, mentre per la risoluzione della lente è stata sviluppata una misurazione della funzione di trasferimento della modulazione della lente.