Optikai Tervezés: A Gyakran Figyelmen Kívül Hagyott Szórt Fény Kérdése

A gépi látás projektekben az optikai tervezés minősége közvetlenül meghatározza, hogy egy rendszer hatékonyan és pontosan működhet-e. Ugyanakkor a szórt fény jelenléte súlyosan veszélyeztetheti a képminőséget.

Függetlenül attól, hogy nagy pontosságú ipari ellenőrzésről vagy valós idejű felismerési forgatókönyvekről van-e szó önvezető autók számára, a szórt fény okozta problémák, mint például ghost képek, szivárványos flerek és kép elmosódás, helytelen ítéletekhez és csökkent pontossághoz vezethetnek.

Tehát mikor egy gépi látású optikai rendszert tervezünk, milyen szórt fényhez kapcsolódó tényezőket kell figyelembe venni, és milyen megoldások állnak rendelkezésre?

I. A szórt fény forrásai és veszélyei

A szórt fény a normál képalkotási útvonaltól eltérő, káros fényt jelent, amelynek okai viszonylag összetettek.

A szórt fény gyakori forrásai a következők:

1. Lencsével kapcsolatos problémák: Nem egységes bevonat, túl magas reflektivitás vagy rossz felületi minőség a lencse felületén többszörös visszaverődést okozhat.

2. Mechanikus alkatrészek: Elégtelen oxidációs feketítés, a belső fényvisszaverődést gátló kialakítás hiánya, valamint pontatlanul gyártott rekesz méretek szintén okozhatnak szórt fényt.

3. Optikai tervezési hibák: A fényút szerkezetének rejtett kockázatai szintén jelentős szórt fényforrást jelentenek.

A szórt fény hatása a képminőségre nem hanyagolható el. Ez a következőket

1. C sökkenti a kép felbontását és kontrasztját, elmosódottá téve a részleteket, súlyosan befolyásolva a detektálási pontosságot.

2. A a ghosting és virtuális képek elkerülése, ahol hamis információk takarják el a valós képet, helytelen értékeléshez vezetve.

3. Meghatározott körülmények között szórást és szivárványszerű flerek jelentkezhetnek, ahol az erős fényforrások körül megjelenő színes foltok zavarják a képelemzést.

4. A teljes kép elmosódottá válhat, a kép szürkésnek tűnik, és elmosódottá válik a fekete és fehér területek közötti határ. Színes képeknél is előfordulhat ködfoltok megjelenése.

5. Amikor a lencse optikai tengelye és a látótéren belüli fényforrás között szög áll fenn, elmosódás keletkezhet, amely eltakarja az eredeti területet, információvesztést okozva.

II. Megoldások a szórt fény kezelésére

1.  Optikai kialakítás optimalizálása:  

Magas minőségű bevonatok használata: Alacsony visszaverődésű többrétegű bevonatok alkalmazása a lencsék felületén hatékonyan csökkentheti a fényvisszaverődést.

Racionális optikai útvonal-tervezés: Az optikai út struktúrájának optimalizálása sugárkövetési szimuláció segítségével, megakadályozva a szórt fény bejutását a képalkotási területre.

Antisztrájfény-blendék használata: Ablakok hozzáadása az optikai úthoz eltérített fényt tud blokkolni.

2. Külső fényforrások ellenőrzése:

Erős külső fényforrások blokkolása: Használjon objektívkupakot vagy árnyékoló lemezeket a felvételi környezetben, hogy csökkentse a közvetlen erős fényhatást.

Fényforrások szögének beállítása: Kerülje a fényforrás és az objektív optikai tengelye közötti túl nagy szögeket, hogy minimalizálja a lencsébe jutó visszavert fényt.

Polárszűrők használata: Szűrje a fényt meghatározott irányokban, hogy csökkentse a szórt fény interferenciáját.

3. Mechanikai szerkezet javítása:  

Az optikai rendszer köré épülő komponensek optimalizálása: Alkalmazzon tükröződést csökkentő kezeléseket, például fekete matricafesték felhordását, a visszatükröződések csökkentése érdekében.

Fényelnyelő szerkezetek hozzáadása: Akadályozza meg a szórt fény behatolását a képalkotó területre.

4. Kép utólagos korrigálása:  

Elkerülhetetlen helyzetekben használjon képalkotó algoritmusokat, mint például ködfeltisztítás és zajcsökkentés, a szórt fény hatásának csökkentésére.

A kamera expozíciós paramétereinek dinamikus beállítása a környezeti fényerősség alapján a túl- vagy alulexponálás elkerülése érdekében.

III. Gyakorlati eset

Egy ipari ellenőrzési projekt során az ügyfél súlyos képalkotási problémákat jelentett be erős környezeti fényviszonyok mellett, ami jelentősen csökkentette a felismerési pontosságot. Az elemzés azt mutatta, hogy a szóródó fény elsősorban a lencse belsejében keletkező visszaverődésekből és a külső erős fény közvetlen hatásából származott.

A következő intézkedéseket hajtottuk végre:

1. Antireflexiós bevonatot alkalmaztunk a lencse belsejében a mechanikai alkatrészekről visszaverődő fény csökkentése érdekében.
2. Lencsetakarókat szereltünk fel a felvételi környezetben a külső erős fény elzárásához.
3. Optimalizáltuk az optikai tervezést szóródó fény elleni apertúrák hozzáadásával.

Az ezután történt fejlesztések után a képminőség jelentősen javult, és a felismerési pontosság visszatért a várt szintre.

Iv. Összegzés

A keretfogó kiválasztásakor figyelembe veendő szempontok:

A szóródó fény a gépi látás optikai tervezésének egy elhanyagolhatatlan problémája, mivel közvetlenül befolyásolja a képalkotás minőségét és a rendszer teljesítményét.

A szóródó fény minimalizálásához egy képalkotó lencse esetében minden szakaszon szükség van a szóródó fény elleni intézkedésekre: optikai tervezés, szerkezeti tervezés, lencsefeldolgozás, mechanikai alkatrészek feldolgozása és összeszerelés.

Az optikai tervezés optimalizálásával, a külső fényforrások ellenőrzésével, a mechanikai szerkezetek javításával és a képalkotás utáni korrekciós feldolgozás beépítésével a szóródó fény zavaró hatása hatékonyan csökkenthető, ezzel növelve a rendszer stabilitását és pontosságát.

A gyakorlati alkalmazások során a megoldásokat rugalmasan kell kiválasztani a konkrét forgatókönyvek és követelmények alapján, biztosítva ezzel a gépi látási rendszerek stabil működését különböző összetett környezetekben.