Οπτική Σχεδίαση: Το Συχνά Παραμελούμενο Ζήτημα του Παράσιτου Φωτός

Στα έργα μηχανικής όρασης, η ποιότητα του οπτικού σχεδιασμού καθορίζει κατά πόσο ένα σύστημα μπορεί να λειτουργεί αποτελεσματικά και με ακρίβεια. Ωστόσο, η παρουσία παράσιτου φωτός μπορεί να αποτελέσει σοβαρή απειλή για την ποιότητα της εικόνας.

Είτε πρόκειται για εξαιρετικά ακριβείς βιομηχανικές επιθεωρήσεις είτε για σενάρια πραγματικού χρόνου στην αυτόνομη οδήγηση, τα προβλήματα που προκαλούνται από το παράσιτο φως, όπως το φαινόμενο του φαντάσματος, οι ίριδες ανταύγειες και η θολούρα στην εικόνα, μπορούν να οδηγήσουν σε λανθασμένες αποφάσεις και μειωμένη ακρίβεια.

Επομένως, κατά τη σχεδίαση ενός οπτικού συστήματος μηχανικής όρασης, ποιοι παράγοντες που σχετίζονται με το παράσιτο φως πρέπει να ληφθούν υπόψη και ποιες λύσεις είναι διαθέσιμες;

I. Πηγές και κίνδυνοι του παράσιτου φωτός

Το παράσιτο φως αναφέρεται σε επιβλαβές φως που αποκλίνει από την κανονική διαδρομή σχηματισμού εικόνας και οι αιτίες του είναι σχετικά πολύπλοκες.

Συνηθισμένες πηγές παράσιτου φωτός περιλαμβάνουν:

1. Θέματα σχετικά με τους φακούς: Μη ομοιόμορφη επικάλυψη, υπερβολικά υψηλή ανακλαστικότητα ή κακή επιφανειακή κατεργασία μπορούν να προκαλέσουν πολλαπλές ανακλάσεις στην επιφάνεια του φακού.

2. Μηχανικά εξαρτήματα: Ανεπαρκής αποξείδωση-μαύρισμα, έλλειψη εσωτερικού αντιανακλαστικού σχεδιασμού και κακής ποιότητας διαστάσεις διαφράγματος μπορούν επίσης να οδηγήσουν σε παράσιτο φως.

3. Ελλείψεις στον οπτικό σχεδιασμό: Κρυμμένοι κίνδυνοι στη δομή της οπτικής διαδρομής αποτελούν επίσης σημαντική πηγή παράσιτου φωτός.

Η επίδραση του παράσιτου φωτός στην ποιότητα της εικόνας δεν μπορεί να αγνοηθεί. Αυτό θα:

1. μειώσει την ευκρίνεια και την αντίθεση της εικόνας, θα θολώσει τις λεπτομέρειες και θα επηρεάσει σοβαρά την ακρίβεια της ανίχνευσης.

2. λόγω του φαινομένου της διπλής εικόνας και των φανταστικών εικόνων, όπου πληροφορίες που δεν είναι ακριβείς καλύπτουν την πραγματική εικόνα, με αποτέλεσμα να οδηγούμαστε σε λανθασμένες εκτιμήσεις.

3. Σε συγκεκριμένες συνθήκες, να προκαλεί διασπορά και εμφάνιση ίριδας, όπου κηλίδες χρώματος γύρω από ισχυρές πηγές φωτός παρεμβαίνουν στην ανάλυση της εικόνας.

4. Να δημιουργείται μια αίσθηση ολικής θολότητας στην εικόνα, καθιστώντας την εικόνα γκρίζα και θολαίνοντας τα όρια μεταξύ των περιοχών μαύρου και άσπρου. Οι έγχρωμες εικόνες μπορούν επίσης να υποφέρουν από θόλωση.

5. Όταν υπάρχει γωνία μεταξύ του οπτικού άξονα του φακού και της πηγής φωτός στο οπτικό πεδίο, μπορεί να προκληθεί θόλωση, η οποία καλύπτει την αρχική περιοχή και προκαλεί απώλεια πληροφοριών.

II. Λύσεις για την αντιμετώπιση του φωτός διασποράς

1.  Βελτιστοποίηση του οπτικού σχεδιασμού:  

Χρήση υλικών υψηλής ποιότητας: Η εφαρμογή επιστρώσεων με πολλαπλές στρώσεις χαμηλής ανακλαστικότητας στις επιφάνειες των φακών μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά την ανάκλαση του φωτός.

Ορθολογικός σχεδιασμός της οπτικής διαδρομής: Η βελτιστοποίηση της οπτικής διαδρομής μέσω προσομοίωσης ίχνους ακτίνων, ώστε να αποτρέπεται η είσοδος του φωτός διασποράς στην περιοχή απεικόνισης.

Χρησιμοποιήστε διαφράγματα αντι-παράσιτου φωτός: Η προσθήκη διαφραγμάτων στην οπτική διαδρομή μπορεί να εμποδίσει το αποκλίνον φως.

2. Έλεγχος Εξωτερικών Πηγών Φωτός:

Εμποδίστε ισχυρές εξωτερικές πηγές φωτός: Χρησιμοποιήστε προστατευτικά καπάκια φακών ή διαφράγματα στο χώρο λήψης για να μειωθεί η άμεση έκθεση σε ισχυρό φως.

Ρυθμίστε τις γωνίες των πηγών φωτός: Αποφύγετε υπερβολικές γωνίες μεταξύ της πηγής φωτός και του οπτικού άξονα του φακού για να ελαχιστοποιηθεί το φως που εισέρχεται λόγω ανάκλασης.

Χρησιμοποιήστε πολωτές: Φιλτράρετε το φως σε συγκεκριμένες κατευθύνσεις για να μειωθεί η παρεμβολή του παράσιτου φωτός.

3. Βελτίωση Μηχανικής Δομής:  

Βελτιστοποιήστε τα εξαρτήματα γύρω από το οπτικό σύστημα: Εφαρμόστε επεξεργασίες αντι-ανακλαστικές, όπως την ψεκασμό με μαύρο ματ χρώμα, για να μειωθούν οι ανακλάσεις.

Προσθέστε δομές αποκοπής φωτός: Αποτρέψτε την είσοδο παράσιτου φωτός στην περιοχή απεικόνισης.

4. Διόρθωση Επεξεργασίας Εικόνας:  

Σε αναπόφευκτες περιπτώσεις, χρησιμοποιήστε αλγορίθμους επεξεργασίας εικόνας, όπως αποθολωτικούς και αποθορυβοποιητικούς, για να μειωθεί η επίδραση του παράσιτου φωτός.

Προσαρμόστε δυναμικά τις παραμέτρους έκθεσης της κάμερας βάσει της έντασης του περιβάλλοντος φωτισμού για να αποφευχθεί η υπερέκθεση ή η υποέκθεση.

III. Πρακτική Περίπτωση

Σε ένα έργο βιομηχανικής επιθεώρησης, ο πελάτης ανέφερε σοβαρή θολότητα εικόνας υπό ισχυρό περιβάλλον φωτισμό, με αποτέλεσμα σημαντική μείωση της ακρίβειας ανίχνευσης. Η ανάλυση έδειξε ότι το διάχυτο φως προερχόταν κυρίως από ανακλάσεις μέσα στο φακό και άμεση έκθεση σε εξωτερικό ισχυρό φως.

Ελήφθησαν τα ακόλουθα μέτρα:

1. Προστέθηκαν επιστρώσεις αντιανάκλασης εντός του φακού για μείωση των ανακλάσεων από μηχανικά εξαρτήματα.
2. Εγκαταστάθηκαν προστατευτικά καπάκια φακών στο περιβάλλον λήψης για να εμποδίζεται το εξωτερικό ισχυρό φως.
3. Βελτιώθηκε η οπτική διάταξη με την προσθήκη διαφραγμάτων αντιδιάχυτου φωτός.

Μετά τις βελτιώσεις αυτές, η ποιότητα της εικόνας βελτιώθηκε σημαντικά και η ακρίβεια ανίχνευσης επανήλθε στο αναμενόμενο επίπεδο.

Iv. Συμπέρασμα

Παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την επιλογή κρατητή καρέ:

Το διάχυτο φως αποτελεί σημαντικό ζήτημα στην οπτική διάταξη μηχανικής όρασης που δεν μπορεί να αγνοηθεί, καθώς επηρεάζει άμεσα την ποιότητα απεικόνισης και την απόδοση του συστήματος.

Για να ελαχιστοποιηθεί το παράσιτο φως, ένας φακός απεικόνισης απαιτεί προσπάθειες κατά του παράσιτου φωτός σε όλα τα στάδια: σχεδιασμός οπτικής, δομικός σχεδιασμός, επεξεργασία φακών, επεξεργασία μηχανικών εξαρτημάτων και συναρμολόγηση.

Με τη βελτιστοποίηση του οπτικού σχεδιασμού, τον έλεγχο εξωτερικών πηγών φωτός, τη βελτίωση των μηχανικών δομών και την ενσωμάτωση διορθώσεων εικόνας μετά την επεξεργασία, μπορεί να μειωθεί αποτελεσματικά η παρεμβολή του παράσιτου φωτός, αυξάνοντας τη σταθερότητα και την ακρίβεια του συστήματος.

Στις πρακτικές εφαρμογές, οι λύσεις θα πρέπει να επιλέγονται ευέλικτα με βάση τα συγκεκριμένα σενάρια και απαιτήσεις, ώστε να εξασφαλίζεται η σταθερή λειτουργία των συστημάτων μηχανικής όρασης σε διάφορα πολύπλοκα περιβάλλοντα.