マシンビジョンラインスキャンカメラでの熱による画像の反りの防止

天体写真からは、さまざまな大気条件や気象の影響が画質に影響を与えることがよく知られています。これは、光路内の空気の屈折率が局所的に変化するためです。これらの変化は波長に依存し、大気圧とその湿度の変化によって変化します。

マシンビジョンの分野では、通常、圧力と湿度の両方が光路全体にわたって一定であると見なすことができます。ただし、局所的な圧力変化を引き起こす可能性のある乱流が光路にある場合は、この規則には例外があります。乱流の典型的な原因は、異なる温度での部品間の熱対流です。マシンビジョンの一般的な熱源は、照明、高負荷の電子機器、または注がれた金属などの高温サンプルのいずれかです。

イメージングへの影響

乱気流のさまざまな屈折率は、影響を受ける領域の画像コンテンツを歪める勾配レンズとして機能します。反りの大きさと広がりは複雑すぎて、数学的にモデル化するにはセットアップに依存しすぎています。代わりに、この効果の測定例を示して、その典型的な大きさを表し、独自の設定で測定するためのガイドを示します。

ラインスキャンカメラでは、光学歪みはスキャン方向に沿った各ラインで一定であるため、画像には表示されません。この事実は、問題を1つの空間次元（スキャン方向に垂直）と時間次元に減らします。ラインスキャンカメラで静止ターゲットの画像を取得することにより、両方の寸法を同時に観察できます。光学歪みは画像コンテンツの位置をx方向にシフトし、y方向のワープの延長は時間情報を表します。

このシフトは、静的なラインパターンを画像化することで簡単に測定できます。この測定の基本原理を図1に示します。参照画像の強度プロファイルは、各x位置（緑色で表示）の周囲に数列の領域を含む関心領域を平均することによって取得されます。正方形のテストブロック（赤で表示）が列全体に沿って渡され、位置ごとに、テストデータが補間によってサブピクセルステップでシフトされます。テストと参照の相関が最も高いシフトがピクセルごとに記録され、カラースケール画像にプロットしてデータを視覚化できます。

図2は、5μmの光学解像度のChromasensallPIXAカメラでキャプチャされた静的ラインパターン画像からのこの視覚化を示しています。この場合の熱源は、最大LED電流で動作するChromasensCoronaIIチューブライト照明です。この設定では、光学歪みの大きさは<0.15ピクセルの範囲です。乱気流は、同様の歪みの領域としてシフト画像に表示されます。それらは10mm〜30mmのサイズに広がり、200ms〜800ms持続します。

この測定は、標準的な照明からの熱対流による画像の乱れの大きさが、標準的な検査タスクに目立った影響を与えないことを示しています。ただし、サブピクセルの精度に依存する特殊な画像処理タスク（たとえば、サブピクセルの正確な特徴抽出やサブピクセルベースの画像相関）では、これらの歪みのために測定精度が低下する可能性があります。

イメージワーピングの抑制

乱れを防ぐことで、画像の反り効果を抑えることができます。この目的のために、ファンを利用して層流を作り出すことができます。層流の圧力は一定であるため、勾配レンズ効果は発生しません。気流は、熱源の表面全体、または乱流が発生する可能性のある光路の全体積をカバーする必要があります。

2番目のオプションは、光路が平面に制限されているため、通常、ラインスキャンカメラの方が簡単に実現できます。したがって、ファンはセンサーラインに沿った流れ方向でカメラの側面に取り付けることができます。上記の例では、チューブライトの表示スリットの真下にあるボリューム内の空気は、層流によって灌流される必要があります。照明の側壁が気流への直接の側面アクセスをブロックするため、ファンはチューブライトの上部に取り付けられ、図3に示すように、傾斜した角度で​​表示スリットに吹き込まれました。この方法により、歪みの大きさが次のように減少しました。見分けがつかない小さなサイズ。

結論

光路の近くの熱源は、画像コンテンツの位置を局所的にシフトする画像ワーピングを引き起こす可能性があります。ラインスキャンカメラの場合、約1秒の時間枠で現れたり消えたりする、視野の数mmをカバーする同様のシフトの画像領域が存在します。画像コンテンツのサブピクセル分析は、このシフトによって悪影響を受けます。この影響を抑えるために、ファンからの層流気流で乱流の影響を受ける光路に沿ってボリューム全体をカバーすることをお勧めします。

この記事は、Research＆Innovation、Innovation＆IPManagementのチームリーダーであるTimoEckhardによって書かれました。 Chromasens GmbH（コンスタンツ、ドイツ）のリサーチ＆イノベーションマネージャーであるSebastianGeorgi氏。詳細については、Eckhard氏にお問い合わせください。このメールアドレスはスパムボットから保護されています。表示するにはJavaScriptを有効にする必要があります。このメールアドレスのGeorgiさんはスパムボットから保護されています。表示するにはJavaScriptを有効にする必要があります。または、にアクセスしてください。 ここ 。