Optický návrh: Často opomíjený problém parazitního světla

V projektech strojového vidění kvalita optického návrhu přímo určuje, zda systém může fungovat efektivně a přesně. Přítomnost parazitního světla však může vážně ohrozit kvalitu obrazu.

Ať už jde o vysokorychlostní průmyslovou kontrolu nebo scénáře reálného rozpoznávání pro autonomní jízdu, problémy způsobené parazitním světlem, jako jsou ghosting, duhové odlesky a mlhavý obraz, mohou vést k chybným hodnocením a snížené přesnosti.

Při návrhu optického systému pro strojové vidění, jaké faktory související s rušivým světlem by měly být zváženy a jaká řešení jsou dostupná?

I. Zdroje a nebezpečí rušivého světla

Rušivé světlo označuje škodlivé světlo, které se odchyluje od normální zobrazovací cesty, a jeho příčiny jsou poměrně složité.

Běžné zdroje rušivého světla zahrnují:

1. Problémy s objektivem: Nezrovnalosti v povrchové úpravě, nadměrně vysoká odrazivost nebo špatná úprava povrchu mohou způsobit vícečetné odrazy na povrchu objektivu.

2. Mechanické komponenty: Nedostatečné černění oxidací, absence vnitřního protiodrazového designu a špatně vyrobené rozměry clony mohou také vést k rušivému světlu.

3. Nedostatky optického návrhu: Skrytá rizika v konstrukci optické dráhy jsou dalším významným zdrojem rušivého světla.

Vliv rušivého světla na kvalitu obrazu nelze ignorovat. To bude:

1. R sníží rozlišení a kontrast obrazu, rozmazává detaily a výrazně ovlivňuje přesnost detekce.

2. C způsobí dvojité a falešné obrazy, kdy falešná informace překrývá skutečný obraz a vede k nesprávným posudkům.

3. Za určitých podmínek může dojít k disperzi a duhovým flarům, při kterých barevné skvrny kolem silných světelných zdrojů ruší analýzu obrazu.

4. Vytvoří celkově mlhavý obraz, čímž vypadá obrázek šedě a rozmazává se hranice mezi černými a bílými oblastmi. Barevné obrázky mohou být také ovlivněny mlhavostí.

5. Pokud existuje úhel mezi optickou osou čočky a světelným zdrojem ve zorném poli, může dojít k rozmazání, které překrývá původní oblast a způsobuje ztrátu informací.

II. Řešení problémů se stray light (nežádoucím světlem)

1.  Optimalizace optického návrhu:  

Použití vysoce kvalitních povlaků: Nanášení mnohavrstevných povlaků s nízkou odrazivostí na povrchy čoček může účinně snížit odraz světla.

Racionální návrh optické dráhy: Optimalizujte strukturu optické dráhy pomocí simulace paprskového tréninku, abyste zabránili vstupu parazitního světla do obrazové oblasti.

Použití clon proti parazitnímu světlu: Přidáním clon do optické dráhy lze zablokovat odchylující se světlo.

2. Řízení externích zdrojů světla:

Blokace silných externích zdrojů světla: Při focení použijte sluneční clony nebo clonící desky, abyste snížili přímé vystavení silnému světlu.

Úprava úhlů zdroje světla: Vyhněte se příliš velkým úhlům mezi optickou osou zdroje světla a objektivem, abyste minimalizovali vstup odraženého světla do objektivu.

Použití polarizátorů: Filtrování světla v konkrétních směrech za účelem snížení rušivého parazitního světla.

3. Zlepšení mechanické konstrukce:  

Optimalizace komponent okolo optického systému: Použití proti odrazivých úprav, například nástřiku matné černé barvy, ke snížení odrazů.

Přidání clonících struktur: Zamezení vstupu parazitního světla do obrazové oblasti.

4. Korekce obrazu po pořízení:  

Pro nevyhnutelné scénáře použijte algoritmy pro zpracování obrazu, jako je odstranění mlhy a potlačení šumu, aby se zmírnil vliv rušivého světla.

Dynamicky upravujte expozitní parametry kamery na základě intenzity okolního světla, aby nedošlo k přeexponování nebo nedoexponování.

III. Praktický případ

V průmyslovém projektu inspekce nahlásil klient závažné zakalení obrazu za silného okolního světla, což vedlo k výraznému poklesu přesnosti detekce. Analýza odhalila, že hlavním zdrojem rušivého světla byly odrazy uvnitř objektivu a přímé vystavení silnému vnějšímu světlu.

Byla opatřena následující opatření:

1. Uvnitř objektivu byly přidány protiodrazové povlaky, které snižují odrazy od mechanických komponent.
2. Ve stříhacím prostředí byly nainstalovány clony objektivu, které blokují silné vnější světlo.
3. Optický návrh byl optimalizován přidáním clon proti rušivému světlu.

Po těchto vylepšeních se kvalita obrazu výrazně zlepšila a přesnost detekce se vrátila na očekávanou úroveň.

Iv. Závěr

Faktory, které je třeba zvážit při výběru frame grabberu:

Nežádoucí světlo je kritickým problémem v optickém návrhu průmyslového vidění, který nelze opomíjet, protože přímo ovlivňuje kvalitu obrazu a výkon systému.

Pro minimalizaci nežádoucího světla vyžaduje zobrazovací objektiv opatření proti nežádoucímu světlu ve všech fázích: optický návrh, konstrukční návrh, zpracování objektivu, zpracování mechanických komponent a montáž.

Optimalizací optického návrhu, kontrolováním vnějších zdrojů světla, zlepšením mechanických konstrukcí a začleněním korekce obrazu po zpracování lze efektivně snížit rušení nežádoucím světlem a zvýšit stabilitu a přesnost systému.

V praktických aplikacích by řešení měla být volena flexibilně podle konkrétních scénářů a požadavků, aby bylo zajištěno stabilní provozování systémů průmyslového vidění v různorodých složitých prostředích.