Optisk design: En ofta förbisedd fråga om oönskad ljusstrålning

I maskinvisionprojekt bestämmer kvaliteten på den optiska designen direkt om ett system kan fungera effektivt och exakt. Straylight kan dock utgöra en allvarlig risk för bildkvaliteten.

Oavsett om det gäller högprecision industriell inspektion eller realtidsigenkänningsscenarier för självkörande fordon kan problem som straylight orsakar, såsom spökbilder, regnbågsreflektioner och dimmiga bilder, leda till felbedömningar och minskad precision.

Vilka faktorer relaterade till straylight bör beaktas när ett maskinvisionssystem konstrueras, och vilka lösningar finns tillgängliga?

I. Källor och risker med straylight

Ostrukturerat ljus syftar på skadligt ljus som avviker från den normala avbildningsvägen, och dess orsaker är relativt komplexa.

Vanliga källor till ostrukturerat ljus inkluderar:

1. Problem relaterade till objektiv: Ojämn beläggning, excesstiv reflektivitet eller dålig ytfinish kan orsaka multipla reflektioner på objektivets yta.

2. Mekaniska komponenter: Otillräcklig oxidationssvärtning, brist på inre ljusabsorberande design samt dåligt tillverkade bländare kan också leda till ostrukturerat ljus.

3. Fel i optisk design: Dolda risker i strukturen för ljusvägen är en annan betydande källa till ostrukturerat ljus.

Påverkan från ostrukturerat ljus på bildkvaliteten kan inte försummas. Det kommer att:

1. M inska bildupplösning och kontrast, suddiga detaljer och allvarligt påverka detektionsprecisionen.

2. B orsaka spökgenerering och virtuella bilder, där falsk information förvränger den riktiga bilden, vilket leder till felbedömningar.

3. Under vissa förhållanden leda till dispersion och regnbågsflimmer, där färgade fläckar runt starka ljuskällor stör bildanalysen.

4. Skapa en allmänt suddig bild, vilket får bilden att framstå gråaktig och sudda gränserna mellan svarta och vita områden. Färgbilder kan också påverkas av dimning.

5. När det finns en vinkel mellan den optiska axeln i objektivet och ljuskällan i bildfältet kan utjämning uppstå, vilket täcker det ursprungliga området och leder till informationsförlust.

II. Lösningar för att hantera stray light

1.  Optimera optisk design:  

Använd högkvalitativa beläggningar: Använd flerskiktiga beläggningar med låg reflektivitet på objektivytorna för att effektivt minska ljusreflektioner.

Rationalisera optisk vägdesign: Optimera struktur för optisk väg genom ljusstrålesimulering för att förhindra stray light från att nå bildområdet.

Använd aperturer mot spridningsljus: Att lägga till aperturer i den optiska vägen kan blockera avvikande ljus.

2. Kontrollera externa ljuskällor:

Blockera starka externa ljuskällor: Använd objektivhuvor eller ljusskydd i inspelningssammanhanget för att minska direkt exponering för starkt ljus.

Justera ljuskällornas vinklar: Undvik excesiva vinklar mellan ljuskällan och objektivets optiska axel för att minimera reflekterat ljus som kommer in i objektivet.

Använd polarisationsfilter: Filtrera ljus i specifika riktningar för att minska störningar från spridningsljus.

3. Förbättra mekanisk struktur:  

Optimera komponenter runt det optiska systemet: Använd reflektionsdämpande behandlingar, såsom svart mattlack, för att minska reflexer.

Lägg till ljusskyddande strukturer: Förhindra spridningsljus från att komma in i bildområdet.

4. Efterbehandling av bildkorrektion:  

I oupphållbara situationer kan bildbehandlingsalgoritmer, såsom avfogning och brusreduktion, användas för att minska spridningsljusets påverkan.

Justera kamerans exponeringsparametrar dynamiskt baserat på omgivningsljusets intensitet för att undvika överexponering eller underexponering.

III. Praktiskt fall

I ett industriinspektionsprojekt rapporterade kunden allvarlig bildsuddighet under starkt omgivningsljus, vilket ledde till en betydande minskning av detekteringsprecisionen. Analysen visade att det spridda ljuset huvudsakligen hade sitt ursprung i reflektioner inuti objektivet och direkt exponering för starkt yttre ljus.

Följande åtgärder togs:

1. Tillförde antireflexbeläggning inuti objektivet för att minska reflektioner från mekaniska komponenter.
2. Installerade objektivhuvor i inspelningsmiljön för att blockera yttre starka ljuskällor.
3. Optimerade optikdesignen genom att lägga till aperturer som motverkar spridningsljus.

Efter dessa förbättringar förbättrades bildkvaliteten avsevärt och detekteringsprecisionen återgick till den förväntade nivån.

IV. Slutsats

Faktorer att överväga vid val av bildfångare:

Spridningsljus är ett kritiskt problem i maskinseendeoptikens design som inte får förbises, eftersom det direkt påverkar bildkvaliteten och systemets prestanda.

För att minimera oönskat ljus kräver en bildlins åtgärder mot oönskat ljus i alla steg: optisk design, konstruktion, linsbearbetning, mekanisk komponentbearbetning och montering.

Genom att optimera den optiska designen, kontrollera externa ljuskällor, förbättra mekaniska strukturer samt använda efterbehandling av bilder kan störningar från oönskat ljus effektivt minskas, vilket förbättrar systemets stabilitet och exakthet.

I praktiska tillämpningar bör lösningar väljas flexibelt beroende på specifika scenarier och krav för att säkerställa att maskinseendesystem fungerar stabilt i olika komplexa miljöer.