التصميم البصري: القضية التي تُهمل غالبًا وهي الضوء غير المرغوب فيه

في مشاريع الرؤية الآلية، يحدد جودة التصميم البصري بشكل مباشر ما إذا كان يمكن للنظام أن يعمل بكفاءة ودقة. ومع ذلك، فإن وجود الضوء غير المرغوب فيه يمكن أن يهدد جودة الصورة بشكل خطير.

سواء في تطبيقات الفحص الصناعي عالي الدقة أو في سيناريوهات التعرف في الوقت الفعلي للقيادة الذاتية، يمكن أن تؤدي المشكلات الناتجة عن الضوء غير المرغوب فيه، مثل الظلال والخطوط المتعرجة والضباب في الصورة، إلى اتخاذ قرارات خاطئة وانخفاض الدقة.

إذن، عند تصميم نظام بصري للرؤية الآلية، ما هي العوامل المتعلقة بالضوء غير المرغوب فيه التي يجب أخذها بعين الاعتبار، وما هي الحلول المتوفرة؟

أولاً: مصادر الضوء غير المرغوب فيه وأخطاره

يشير الضوء المتناثر إلى الضوء الضار الذي يحيد عن المسار الطبيعي للتصوير، وعادة ما تكون أسبابه معقدة نسبيًا.

تشمل المصادر الشائعة للضوء المتناثر ما يلي:

1. مشاكل تتعلق بعدسة العين: عدم تجانس الطلاء، أو الانعكاسية العالية جدًا، أو سطح العدسة غير الناعم قد يؤدي إلى حدوث انعكاسات متعددة على سطح العدسة.

2. المكونات الميكانيكية: الأكسدة غير الكافية أو غياب التصميم الداخلي المضاد للانعكاس أو تصنيع غير دقيق لأبعاد الغشاء قد يؤدي أيضًا إلى ظهور الضوء المتناثر.

3. عيوب في التصميم البصري: المخاطر الكامنة في هيكل المسار البصري تعتبر مصدرًا رئيسيًا آخر للضوء المتناثر.

لا يمكن تجاهل تأثير الضوء المتناثر على جودة الصورة. فهو سوف

1. ي قلل من دقة الصورة والتباين، مما يؤدي إلى إبهار التفاصيل ويؤثر بشكل كبير على دقة الكشف.

2. ي نتيجة التصوير المتداخل والصور الافتراضية، حيث تخفي المعلومات الزائفة الصورة الحقيقية، مما يؤدي إلى اتخاذ قرارات خاطئة.

3. في ظل ظروف معينة، يؤدي إلى تشتت وومضات قوس قزح، حيث تؤدي البقع الملونة المحيطة بمصادر الضوء القوية إلى تدخل في تحليل الصورة.

4. إنتاج صورة ضبابية بشكل عام، مما يجعل الصورة تظهر بلون رمادي ويؤدي إلى تمويه الحدود بين المناطق السوداء والبيضاء. قد تتأثر الصور الملونة أيضًا بالضباب.

5. عندما يوجد زاوية بين المحور البصري للعدسة ومصدر الضوء في مجال الرؤية، قد يحدث تمديد (smearing) يغطي المنطقة الأصلية ويؤدي إلى فقدان المعلومات.

II. حلول لمعالجة الضوء غير المرغوب فيه

1.  تحسين التصميم البصري:  

استخدام طلاءات عالية الجودة: تطبيق طلاءات متعددة الطبقات منخفضة الانعكاس على سطح العدسات يمكن أن يقلل بشكل فعال من انعكاس الضوء.

تصميم منطقي لمسار الضوء: تحسين هيكل المسار البصري من خلال محاكاة تتبع الشعاع لمنع دخول الضوء غير المرغوب فيه إلى منطقة التصوير.

استخدم فتحات مضادة للضوء المتناثر: يمكن إضافة فتحات إلى المسار البصري لحجب الضوء غير المرغوب فيه.

2. التحكم في مصادر الضوء الخارجية:

احجب مصادر الضوء الخارجية القوية: استخدم أغطية العدسة أو الحواجز في بيئة التصوير لتقليل التعرض المباشر للضوء القوي.

اضبط زوايا مصدر الضوء: تجنب الزوايا الكبيرة بين مصدر الضوء ومحور العدسة البصري لتقليل دخول الضوء المنعكس إلى العدسة.

استخدم مرشحات الاستقطاب: قم بترشيح الضوء في اتجاهات معينة لتقليل تداخل الضوء المتناثر.

3. تحسين الهيكل الميكانيكي:  

قم بتحسين المكونات المحيطة بالنظام البصري: طبق معالجات مضادة للانعكاس، مثل رش طلاء مطفي أسود، لتقليل الانعكاسات.

أضف هياكل منع دخول الضوء: لمنع دخول الضوء المتناثر إلى منطقة التصوير.

4. التصحيح بعد المعالجة:  

في الحالات التي لا مفر منها، استخدم خوارزميات معالجة الصور مثل إزالة الضباب وإزالة الضوضاء لتخفيف تأثير الضوء المتناثر.

قم بضبط معلمات تعريض الكاميرا ديناميكياً بناءً على شدة الإضاءة المحيطة لتجنب الإفراط في التعريض أو التعرض الناقص.

III. حالة عملية

في مشروع فحص صناعي، أفاد العميل بحدوث ضبابية شديدة في الصورة تحت إضاءة محيطة قوية، مما أدى إلى انخفاض كبير في دقة الكشف. كشفت التحليلات أن الضوء المتناثر كان ينبع بشكل رئيسي من الانعكاسات داخل العدسة والتعريض المباشر للضوء القوي الخارجي.

تم اتخاذ الإجراءات التالية:

1. تم إضافة طلاءات مضادة للانعكاس داخل العدسة لتقليل الانعكاسات الناتجة عن المكونات الميكانيكية.
2. تم تركيب أغطية للعدسة في بيئة التصوير لحجب الضوء الخارجي القوي.
3. تم تحسين التصميم البصري من خلال إضافة فتحات مضادة للضوء المتناثر.

بعد هذه التحسينات، تحسّنت جودة الصورة بشكل ملحوظ، وعادت دقة الكشف إلى المستوى المتوقع.

رابعًا. الاستنتاج

العوامل التي يجب أخذها بعين الاعتبار عند اختيار مقتض إطارات:

الضوء المتناثر هو مشكلة حرجة في تصميم البصريات الخاصة برؤية الآلات لا يمكن تجاهلها، حيث تؤثر مباشرةً على جودة التصوير وأداء النظام.

للتقليل من التشتت الضوئي، يحتاج عدسة التصوير إلى بذل جهود مضادة للتشتت الضوئي عبر جميع المراحل: التصميم البصري، والتصميم الهيكلي، ومعالجة العدسة، ومعالجة المكونات الميكانيكية، والتركيب.

من خلال تحسين التصميم البصري، والتحكم في مصادر الضوء الخارجية، وتحسين الهياكل الميكانيكية، ودمج تصحيح الصورة ما بعد المعالجة، يمكن تقليل تدخل التشتت الضوئي بشكل فعال، مما يعزز من استقرار النظام ودقة أدائه.

في التطبيقات العملية، يجب اختيار الحلول بشكل مرن بناءً على السيناريوهات والمتطلبات المحددة لضمان تشغيل مستقر لنظام رؤية الآلة في مختلف البيئات المعقدة.