Desain Optis: Masalah yang Sering Diabaikan yaitu Sinar Liar

Dalam proyek machine vision, kualitas desain optik secara langsung menentukan apakah suatu sistem dapat beroperasi secara efisien dan akurat. Namun, keberadaan cahaya stray dapat mengancam kualitas citra secara serius.

Baik dalam inspeksi industri presisi tinggi maupun skenario pengenalan real-time untuk pengemudi otonom, masalah yang diakibatkan oleh cahaya stray seperti ghosting, flare berwarna pelangi, dan kabut gambar dapat menyebabkan kesalahan penilaian dan penurunan akurasi.

Jadi, saat merancang sistem optik machine vision, faktor apa saja terkait cahaya stray yang perlu dipertimbangkan, dan solusi apa saja yang tersedia?

I. Sumber dan Bahaya Cahaya Stray

Sinar liar mengacu pada cahaya berbahaya yang menyimpang dari jalur pencitraan normal, dan penyebabnya relatif kompleks.

Sumber sinar liar yang umum meliputi:

1. Masalah terkait lensa: Pelapisan tidak konsisten, reflektivitas terlalu tinggi, atau permukaan lensa yang tidak rata dapat menyebabkan pemantulan ganda pada permukaan lensa.

2. Komponen mekanis: Oksidasi yang tidak memadai, kurangnya desain antireflektif internal, dan dimensi aperture yang diproduksi dengan buruk juga dapat menyebabkan sinar liar.

3. Kesalahan desain optik: Risiko tersembunyi dalam struktur jalur optik juga menjadi sumber utama sinar liar.

Dampak sinar liar terhadap kualitas pencitraan tidak boleh diabaikan. Hal ini akan:

1. M engurangi resolusi dan kontras gambar, membuat detail menjadi kabur, serta sangat memengaruhi akurasi deteksi.

2. C menyebabkan ghosting dan gambar virtual, di mana informasi palsu menutupi gambar asli, mengakibatkan kesalahan penilaian.

3. Dalam kondisi tertentu, menyebabkan dispersi dan flare berbentuk pelangi, di mana bintik-bintik berwarna di sekitar sumber cahaya kuat mengganggu analisis gambar.

4. Menghasilkan gambar yang secara keseluruhan kabur, membuat tampilan gambar menjadi keabu-abuan dan mengaburkan batas antara area hitam dan putih. Gambar berwarna juga dapat mengalami kabut.

5. Ketika terdapat sudut antara sumbu optik lensa dan sumber cahaya dalam bidang pandang, dapat terjadi smear yang menutupi area asli dan menyebabkan hilangnya informasi.

II. Solusi untuk Mengatasi Sinar Liar

1.  Optimalkan Desain Optis:  

Gunakan lapisan berkualitas tinggi: Penerapan lapisan multilapis dengan reflektivitas rendah pada permukaan lensa dapat secara efektif mengurangi refleksi cahaya.

Desain lintasan optis yang rasional: Optimalkan struktur lintasan optis melalui simulasi pelacakan sinar untuk mencegah sinar liar masuk ke area pencitraan.

Gunakan aperture anti-sinar liar: Menambahkan aperture pada jalur optik dapat menghalangi sinar yang menyimpang.

2. Kendalikan Sumber Cahaya Eksternal:

Blokir sumber cahaya eksternal yang kuat: Gunakan penutup lensa (lens hoods) atau penghalang (baffles) di lingkungan pemotretan untuk mengurangi paparan langsung terhadap cahaya kuat.

Atur sudut sumber cahaya: Hindari sudut yang terlalu besar antara sumber cahaya dan sumbu optik lensa untuk meminimalkan cahaya pantulan yang masuk ke dalam lensa.

Gunakan polarisator: Saring cahaya pada arah tertentu untuk mengurangi gangguan sinar liar.

3. Tingkatkan Struktur Mekanis:  

Optimalkan komponen di sekitar sistem optik: Terapkan lapisan anti-pantulan, seperti cat hitam doff, untuk mengurangi refleksi.

Tambahkan struktur penghalang cahaya: Cegah sinar liar masuk ke area pencitraan.

4. Koreksi Citra Setelah Pemrosesan:  

Untuk situasi yang tidak terhindarkan, gunakan algoritma pemrosesan citra seperti defogging dan denoising untuk mengurangi dampak sinar liar.

Menyesuaikan parameter eksposur kamera secara dinamis berdasarkan intensitas cahaya ambient untuk menghindari overexposure atau underexposure.

III. Kasus Praktis

Dalam suatu proyek inspeksi industri, klien melaporkan adanya kabut pada gambar yang sangat parah di bawah cahaya ambient kuat, menyebabkan penurunan signifikan pada akurasi deteksi. Analisis menunjukkan bahwa cahaya stray terutama berasal dari refleksi di dalam lensa dan paparan langsung terhadap cahaya kuat eksternal.

Langkah-langkah berikut diambil:

1. Menambahkan lapisan antirefleksi di dalam lensa untuk mengurangi refleksi dari komponen mekanis.
2. Memasang penutup lensa di lingkungan pengambilan gambar untuk menghalangi cahaya kuat eksternal.
3. Mengoptimalkan desain optik dengan menambahkan aperture anticahaya stray.

Setelah perbaikan tersebut, kualitas gambar meningkat secara signifikan, dan akurasi deteksi kembali ke tingkat yang diharapkan.

IV. Kesimpulan

Faktor-faktor yang Perlu Dipertimbangkan Saat Memilih Pengambil Frame:

Cahaya stray merupakan masalah kritis dalam desain optik visi mesin yang tidak boleh diabaikan, karena secara langsung mempengaruhi kualitas citra dan kinerja sistem.

Untuk meminimalkan cahaya hamburan, sebuah lensa pencitraan memerlukan upaya anti-cahaya hamburan pada semua tahap: desain optis, desain struktural, pengolahan lensa, pengolahan komponen mekanis, dan perakitan.

Dengan mengoptimalkan desain optis, mengendalikan sumber cahaya eksternal, meningkatkan struktur mekanis, serta menggabungkan koreksi citra pasca-pemrosesan, gangguan cahaya hamburan dapat secara efektif dikurangi, meningkatkan stabilitas dan akurasi sistem.

Dalam aplikasi praktis, solusi harus dipilih secara fleksibel berdasarkan skenario dan persyaratan tertentu untuk memastikan operasi stabil sistem visi mesin dalam berbagai lingkungan kompleks.