ऑप्टिकल डिज़ाइन: स्ट्रे लाइट का अक्सर अनदेखा किया गया मुद्दा

मशीन विजन परियोजनाओं में, ऑप्टिकल डिज़ाइन की गुणवत्ता सीधे तय करती है कि क्या एक सिस्टम कुशलता और सटीकता से काम कर सकता है। हालांकि, अप्रत्यक्ष प्रकाश की उपस्थिति इमेजिंग गुणवत्ता के लिए गंभीर खतरा पैदा कर सकती है।

चाहे उच्च-सटीक औद्योगिक निरीक्षण में हो या स्वायत्त ड्राइविंग के लिए वास्तविक समय की पहचान परिदृश्यों में, अप्रत्यक्ष प्रकाश से होने वाली समस्याएं जैसे घोस्टिंग, इंद्रधनुषीय फ्लेयर और इमेज फॉगिंग गलत निर्णय और सटीकता में कमी का कारण बन सकती हैं।

तो, मशीन विजन ऑप्टिकल सिस्टम डिज़ाइन करते समय, अप्रत्यक्ष प्रकाश से संबंधित कौन से कारकों पर विचार किया जाना चाहिए, और कौन से समाधान उपलब्ध हैं?

I. अप्रत्यक्ष प्रकाश के स्रोत और खतरे

बिखरी हुई रोशनी से तात्पर्य हानिकारक प्रकाश से है जो सामान्य इमेजिंग मार्ग से विचलित हो जाता है, और इसके कारण काफी जटिल होते हैं।

बिखरी हुई रोशनी के सामान्य स्रोत निम्नलिखित हैं:

1. लेंस से संबंधित समस्याएं: असमान कोटिंग, अत्यधिक उच्च परावर्तकता, या सतह की खराब फिनिशिंग के कारण लेंस की सतह पर कई बार प्रकाश का परावर्तन हो सकता है।

2. यांत्रिक घटक: आंतरिक प्रतिबिंब को रोकने के लिए ऑक्सीकरण की कमी, अंदरूनी प्रतिबिंब-रहित डिज़ाइन की कमी और खराब तरीके से बनाए गए एपर्चर के आकार भी बिखरी हुई रोशनी का कारण बन सकते हैं।

3. ऑप्टिकल डिज़ाइन में कमियां: प्रकाशिकी मार्ग की संरचना में छिपे खतरे भी बिखरी हुई रोशनी का एक महत्वपूर्ण स्रोत हैं।

इमेजिंग गुणवत्ता पर बिखरी हुई रोशनी के प्रभाव को नजरअंदाज नहीं किया जा सकता। यह करेगा:

1. छवि स्पष्टता और तुलना में कमी ला कर विस्तार को धुंधला कर देता है और जांच की सटीकता को गंभीर रूप से प्रभावित करता है।

2. भूतग्रस्तता (ghosting) और आभासी चित्रों के कारण वास्तविक चित्र पर गलत सूचनाएं छा जाती हैं, जिससे गलत निर्णय हो सकता है।

3. विशिष्ट परिस्थितियों में, प्रकाश का फैलाव और इंद्रधनुषीय चमक (rainbow flares) उत्पन्न हो सकती है, जहां तेज प्रकाश स्रोत के चारों ओर रंगीन धब्बे चित्र विश्लेषण में हस्तक्षेप करते हैं।

4. समग्र रूप से धुंधला चित्र उत्पन्न करना, जिससे चित्र धुएं जैसा दिखे और काले और सफेद क्षेत्रों के बीच की सीमा धुंधली हो जाए। रंगीन चित्रों में भी धुंध आ सकती है।

5. जब लेंस की ऑप्टिकल अक्ष और दृष्टि क्षेत्र में प्रकाश स्रोत के बीच कोण होता है, तो चित्र पर धब्बा लग सकता है, जो मूल क्षेत्र को ढक देता है और जानकारी के नुकसान का कारण बनता है।

II. अवांछित प्रकाश की समस्या के समाधान

1.  ऑप्टिकल डिज़ाइन में सुधार करें:  

उच्च गुणवत्ता वाली कोटिंग का उपयोग करें: लेंस की सतहों पर कम परावर्तक बहुलक परतों को लागू करके प्रकाश परावर्तन को प्रभावी ढंग से कम किया जा सकता है।

ऑप्टिकल पथ का तर्कसंगत डिज़ाइन: किरण पथ के अनुकरण (ray tracing simulation) के माध्यम से ऑप्टिकल पथ संरचना को अनुकूलित करें ताकि अवांछित प्रकाश इमेजिंग क्षेत्र में प्रवेश न करे।

एंटी-स्ट्रे लाइट एपर्चर का उपयोग करें: ऑप्टिकल पथ में एपर्चर जोड़कर विपरीत प्रकाश को रोका जा सकता है।

2. बाहरी प्रकाश स्रोतों को नियंत्रित करें:

मजबूत बाहरी प्रकाश स्रोतों को ब्लॉक करें: शूटिंग वातावरण में लेंस हुड या बैफल का उपयोग करें ताकि मजबूत प्रकाश के सीधे संपर्क को कम किया जा सके।

प्रकाश स्रोत के कोणों को समायोजित करें: लेंस में प्रवेश करने वाले परावर्तित प्रकाश को न्यूनतम करने के लिए प्रकाश स्रोत और लेंस ऑप्टिकल अक्ष के बीच अत्यधिक कोणों से बचें।

ध्रुवीकरण फिल्टर का उपयोग करें: विशिष्ट दिशाओं में प्रकाश को फ़िल्टर करके स्ट्रे लाइट हस्तक्षेप को कम करें।

3. यांत्रिक संरचना में सुधार करें:  

ऑप्टिकल प्रणाली के आसपास के घटकों का अनुकूलन करें: परावर्तन को कम करने के लिए एंटी-रिफ्लेक्टिव उपचारों, जैसे कि काले मैट पेंट को स्प्रे करने का उपयोग करें।

प्रकाश-रोधी संरचनाएं जोड़ें: इमेजिंग क्षेत्र में स्ट्रे लाइट के प्रवेश को रोकें।

4. पोस्ट-प्रोसेसिंग इमेज सुधार:  

अपरिहार्य परिदृश्यों के लिए, कोहरे हटाने और शोर कम करने जैसे इमेज प्रोसेसिंग एल्गोरिदम का उपयोग स्ट्रे लाइट के प्रभाव को कम करने के लिए करें।

आसपास के प्रकाश की तीव्रता के आधार पर कैमरा एक्सपोज़र पैरामीटर को गतिशील रूप से समायोजित करें ताकि अति प्रदीप्ति या अल्प प्रदीप्ति से बचा जा सके।

III. व्यावहारिक मामला

एक औद्योगिक निरीक्षण परियोजना में, ग्राहक ने मजबूत आसपास के प्रकाश के तहत गंभीर छवि धुंध की सूचना दी, जिसके कारण पता लगाने की सटीकता में काफी गिरावट आई। विश्लेषण में पता चला कि अप्रत्यक्ष प्रकाश मुख्य रूप से लेंस के भीतर परावर्तनों और बाहरी मजबूत प्रकाश के सीधे एक्सपोज़र से उत्पन्न हुआ था।

निम्नलिखित उपाय अपनाए गए:

1. मैकेनिकल घटकों से परावर्तन को कम करने के लिए लेंस के अंदर प्रतिबिंबित कोटिंग जोड़ी गई।
2. मजबूत बाहरी प्रकाश को रोकने के लिए शूटिंग वातावरण में लेंस हुड स्थापित किए गए।
3. एंटी-स्ट्रे लाइट एपर्चर जोड़कर ऑप्टिकल डिज़ाइन को अनुकूलित किया गया।

इन सुधारों के बाद, छवि गुणवत्ता में काफी सुधार हुआ, और पता लगाने की सटीकता अपेक्षित स्तर पर वापस आ गई।

Iv. निष्कर्ष

फ्रेम ग्रैबर का चयन करते समय विचार करने वाले कारक:

मशीन दृष्टि ऑप्टिकल डिज़ाइन में अप्रत्यक्ष प्रकाश एक महत्वपूर्ण समस्या है जिसे नजरअंदाज नहीं किया जा सकता, क्योंकि यह सीधे इमेजिंग गुणवत्ता और सिस्टम प्रदर्शन को प्रभावित करता है।

विखरी रोशनी को कम करने के लिए, इमेजिंग लेंस को सभी चरणों में विखरी रोशनी के विरुद्ध सुरक्षा की आवश्यकता होती है: ऑप्टिकल डिज़ाइन, संरचनात्मक डिज़ाइन, लेंस प्रसंस्करण, यांत्रिक घटक प्रसंस्करण और असेंबली।

ऑप्टिकल डिज़ाइन को अनुकूलित करके, बाहरी प्रकाश स्रोतों को नियंत्रित करके, यांत्रिक संरचनाओं में सुधार करके और पोस्ट-प्रोसेसिंग इमेज सुधार को शामिल करके, विखरी रोशनी के हस्तक्षेप को प्रभावी ढंग से कम किया जा सकता है, जिससे सिस्टम स्थिरता और सटीकता बढ़ती है।

व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, विभिन्न जटिल वातावरणों में मशीन विज़न सिस्टम के स्थिर संचालन को सुनिश्चित करने के लिए विशिष्ट परिदृश्यों और आवश्यकताओं के आधार पर समाधानों का चयन लचीले ढंग से किया जाना चाहिए।