EN
光学設計: ストレイライトの問題は見過ごされがちです
マシンビジョンプロジェクトにおいて、光学設計の品質がシステムが効率的かつ正確に動作できるかどうかを直接決定します。しかし、散乱光の存在は画像品質に深刻な脅威を与える可能性があります。
高精度の工業検査でも自動運転のリアルタイム認識シーンでも、ゴースト、レインボーフレア、画像の白かぶりなどの散乱光による問題により、誤った判断や精度低下が生じることがあります。
それでは、マシンビジョン光学システムを設計する際に考慮すべき散乱光に関連する要素は何であり、どのような解決策があるのでしょうか？
I. 散乱光の発生源とその有害性
散乱光とは、正常な画像形成経路から逸脱した有害な光のことであり、その原因は比較的複雑です。
散乱光の一般的な発生源には以下のようなものがあります：
1. レンズ関連の問題：コーティングの不均一、反射率が高すぎる、表面仕上げが悪いなどが原因で、レンズ表面で多重反射が発生する可能性があります。
2. 機械部品：酸化黒色処理が不十分、内部の反射防止設計がない、絞り寸法の製造精度が低いことなども、散乱光の原因になります。
3. 光学設計の欠陥：光学系構造に潜在的なリスクがあることも、散乱光の主要な発生要因の一つです。
散乱光が画像品質に与える影響は無視できません。それは 次のようになります：
1. 画像の解像度とコントラストを低下させ、ディテールがぼやけて検出精度に深刻な影響を与える可能性があります。
2. ゴーストや虚像を引き起こし、偽の情報が実際の画像を覆い隠してしまい、誤判断を招くことがあります。
特定の条件下で、強い光源周辺に色斑が発生し、画像解析に干渉する分散やにじみが発生することがあります。
全体的にかすんだ画像を作り出し、画像が灰色がかって白黒部分の境界がぼやけてしまいます。カラー画像では、かすみが生じることもあります。
レンズの光軸と視野内の光源の間に角度がある場合、スミアリングが発生し、本来の領域を覆い、情報の損失を引き起こす可能性があります。
II. ストレイライト対策
1. 光学設計の最適化：
高品質コーティングの使用： レンズ表面に低反射多層膜を適用することで、光の反射を効果的に低減できます。
合理的な光学経路設計： 光線追跡シミュレーションを通じて光学経路構造を最適化し、ストレイライトが撮像素子に入射するのを防ぎます。
ストレイライト防止絞りの使用： 光学経路に絞りを追加することで、不要な光を遮断できます。
2. 外部光源の制御：
強い外部光源を遮る：撮影環境でレンズフードやバッフルを使用して、強い光への直接的な露出を軽減します。
光源の角度を調整する：光源とレンズの光軸の間の角度が大きくなりすぎないようにして、レンズに入る反射光を最小限に抑えます。
偏光板を使用する：特定の方向の光をフィルタリングして、散乱光の干渉を軽減します。
3. 機械構造の改善：
光学系周辺の部品を最適化する：ブラックマット塗料の吹き付けなどの反射防止処理を施し、反射を低減します。
光を遮る構造を追加する：散乱光が撮像素子に入るのを防ぎます。
4. 画像の後処理による補正：
避けられない状況においては、デフォギングやノイズ除去などの画像処理アルゴリズムを使用して、散乱光の影響を軽減します。
周囲の光の強さに基づいてカメラの露出パラメータを動的に調整し、過剰露出や不足露出を防ぎます。
III. 実際のケース
産業検査プロジェクトにおいて、顧客は強い環境光の下で画像が著しくかすむと報告し、検出精度が大きく低下しました。解析の結果、散乱光は主にレンズ内部での反射および外部からの強い光の直射に起因していることが判明しました。
以下の対策を講じました：
- レンズ内部に反射防止コーティングを追加し、機械部品からの反射を低減しました。
- 撮影環境にレンズフードを設置し、外部からの強い光を遮断しました。
- 光学設計を最適化し、散乱光防止用絞りを追加しました。
これらの改善後、画像品質は大幅に向上し、検出精度は期待されるレベルまで回復しました。
Iv. まとめ
フレームグラバー選定の際に考慮すべき要因：
散乱光は機械視覚の光学設計において見過ごせない重要な問題であり、画像品質およびシステム性能に直接影響を与えます。
散乱光を最小限に抑えるためには、光学設計、構造設計、レンズ加工、機械部品加工、および組立のすべての段階において、イメージングレンズに対して散乱光対策が必要です。
光学設計の最適化、外部光源の制御、機械構造の改善、および画像補正の後処理を組み合わせることで、散乱光の干渉を効果的に低減し、システムの安定性と精度を高めることができます。
実際のアプリケーションでは、特定のシナリオと要件に基づいてソリューションを柔軟に選択し、さまざまな複雑な環境下でもマシンビジョンシステムが安定して動作することを保証する必要があります。
