Оптический дизайн: часто упускаемая из виду проблема паразитного света

В проектах машинного зрения качество оптической конструкции напрямую визначає, чи зможе система ефективно та точно працювати. Однак наявність паразитного світла може серйозно загрожувати якості зображення.

Незалежно від того, чи йдеться про прецизійний промисловий контроль або сценарії розпізнавання в реальному часі для автономного вождіння, проблеми, викликані паразитним світлом, такі як виникнення фантомних зображень, райдужні блики та запітніння зображення, можуть призводити до помилкових висновків та зниження точності.

Отже, під час проектування оптичної системи машинного зрения, які чинники, пов’язані з паразитним світлом, слід враховувати, і які існують рішення?

I. Джерела та небезпеки паразитного світла

Паразитне світло – це шкідливе світло, яке відхиляється від нормального шляху формування зображення, і причини його виникнення досить складні.

Распространенные источники паразитного света включают:

1. Проблемы, связанные с линзами: неоднородное покрытие, чрезмерно высокая отражательная способность или плохая обработка поверхности могут вызывать множественные отражения на поверхности линзы.

2. Механические компоненты: недостаточная чернение оксидации, отсутствие внутренней антибликовой конструкции и плохо выполненные размеры диафрагмы также могут привести к паразитному свету.

3. Ошибки оптического проектирования: скрытые дефекты в структуре оптического пути являются еще одним важным источником паразитного света.

Влияние паразитного света на качество изображения нельзя игнорировать. Он будет:

1. У меньшать разрешение и контрастность изображения, размывать детали и серьезно влиять на точность обнаружения.

2. В ызывать эффекты дублирования и ложных изображений, при которых ложная информация заслоняет реальное изображение, приводя к ошибочным выводам.

3. В определенных условиях приводит к рассеиванию и радужным бликам, при которых цветные пятна вокруг ярких источников света мешают анализу изображения.

4. Создает общее мутное изображение, делая картинку серой и размывая границы между черными и белыми областями. Цветные изображения также могут страдать от запотевания.

5. При наличии угла между оптической осью объектива и источником света в поле зрения может возникнуть растянутый блик, который закрывает исходную область и приводит к потере информации.

II. Решения для устранения паразитного света

1.  Оптимизация оптической конструкции:  

Использование высококачественных покрытий: Нанесение многослойных покрытий с низким коэффициентом отражения на поверхности линз эффективно снижает отражение света.

Рациональный дизайн оптического пути: Оптимизация структуры оптического пути с помощью моделирования трассировки лучей для предотвращения попадания паразитного света в область изображения.

Использование диафрагм против паразитного света: Добавление диафрагм в оптический путь позволяет блокировать отклоняющийся свет.

2. Контроль внешних источников света:

Блокируйте сильные внешние источники света: используйте бленды или диафрагмы в зоне съемки, чтобы уменьшить прямое воздействие яркого света.

Регулируйте углы источников света: избегайте слишком больших углов между источником света и оптической осью объектива, чтобы минимизировать попадание отраженного света в объектив.

Используйте поляризаторы: фильтруйте свет в определенных направлениях, чтобы уменьшить помехи от рассеянного света.

3. Улучшите механическую конструкцию:  

Оптимизируйте компоненты вокруг оптической системы: применяйте антибликовые покрытия, такие как покраска в матовый черный цвет, чтобы уменьшить отражения.

Добавьте конструкции, блокирующие свет: предотвращайте попадание рассеянного света в область изображения.

4. Коррекция изображения после съемки:  

В неизбежных ситуациях используйте алгоритмы обработки изображений, такие как удаление тумана и шума, чтобы минимизировать влияние рассеянного света.

Динамически регулируйте параметры экспозиции камеры в зависимости от интенсивности окружающего света, чтобы избежать пересвета или недосвета.

III. Практический случай

На проекте промышленного контроля клиент сообщил о сильном засвете изображения при ярком окружающем свете, что привело к значительному снижению точности обнаружения. Анализ показал, что основным источником паразитного света были отражения внутри объектива и прямое воздействие внешнего яркого света.

Были приняты следующие меры:

1. Добавлены антибликовые покрытия внутри объектива для уменьшения отражений от механических компонентов.
2. Установлены бленды на объективы в зоне съемки для блокировки внешнего яркого света.
3. Оптический дизайн был оптимизирован за счет добавления диафрагм, предотвращающих попадание паразитного света.

После реализации этих улучшений качество изображения значительно улучшилось, а точность обнаружения вернулась к ожидаемому уровню.

Iv. Заключение

Факторы, которые следует учитывать при выборе устройства захвата кадров:

Паразитный свет является критической проблемой в оптическом проектировании машинного зрения, которую нельзя игнорировать, поскольку он напрямую влияет на качество изображения и производительность системы.

Для минимизации паразитного света оптической системе требуются меры по борьбе с паразитным светом на всех этапах: оптическое проектирование, конструктивное проектирование, обработка линз, обработка механических компонентов и сборка.

Путем оптимизации оптического проектирования, контроля внешних источников света, улучшения механических конструкций и внедрения постобработки изображения с коррекцией, можно эффективно снизить влияние паразитного света, повысив стабильность и точность системы.

На практике решения следует гибко выбирать в зависимости от конкретных сценариев и требований, чтобы обеспечить стабильную работу систем машинного зрения в различных сложных условиях.