머신 비전 라인 스캔 카메라에서 열로 인한 이미지 뒤틀림 방지

다양한 대기 조건과 날씨 영향이 이미지 품질에 영향을 미친다는 것은 천체 영상을 통해 잘 알려져 있습니다. 이것은 광학 경로에서 공기의 굴절률의 국부적 변화 때문입니다. 이러한 변화는 파장에 따라 달라지며 대기압과 습도의 변화에 ​​따라 달라집니다.

머신 비전 분야에서 압력과 습도는 일반적으로 전체 광학 경로에서 일정하다고 가정할 수 있습니다. 그러나 광학 경로에 국부적인 압력 변화를 일으킬 수 있는 난류가 있는 경우 이 규칙에 대한 예외가 있습니다. 난류의 일반적인 원인은 서로 다른 온도에서 부품 간의 열 대류입니다. 머신 비전의 일반적인 열원은 조명, 고부하 전자 장치 또는 주입된 금속과 같은 고온 샘플일 수 있습니다.

이미징에 대한 영향

난기류의 다양한 굴절률은 영향을 받는 영역의 이미지 내용을 왜곡시키는 그라데이션 렌즈 역할을 합니다. 뒤틀림의 크기와 확장은 수학적으로 모델링하기에는 너무 복잡하고 설정에 너무 의존적입니다. 대신, 일반적인 크기를 나타내고 자신의 설정에서 측정하는 방법을 안내하기 위해 이 효과의 측정 예를 보여줍니다.

라인 스캔 카메라에서 광학 왜곡은 스캔 방향을 따라 각 라인에 대해 일정하므로 이미지에서 볼 수 없습니다. 이 사실은 문제를 스캔 방향에 수직인 하나의 공간 차원과 시간 차원으로 줄입니다. Line scan 카메라로 고정된 대상의 이미지를 획득하여 두 차원을 동시에 관찰할 수 있습니다. 광학 왜곡은 x 방향으로 이미지 콘텐츠의 위치를 ​​이동하는 반면 y 방향으로 휘어짐의 확장은 시간 정보를 나타냅니다.

이 이동은 정적 라인 패턴을 이미징하여 쉽게 측정할 수 있습니다. 이 측정의 기본 원리는 그림 1에 나와 있습니다. 참조 이미지 강도 프로파일은 각 x 위치(녹색으로 표시) 주변의 몇 열 영역을 포함하는 관심 영역을 평균화하여 가져옵니다. 정사각형 테스트 블록(빨간색으로 표시됨)이 전체 열을 따라 전달되고 각 위치에 대해 테스트 데이터가 보간을 통해 하위 픽셀 단계로 이동됩니다. 테스트와 참조 간의 상관 관계가 가장 높은 이동이 각 픽셀에 대해 기록되고 데이터를 시각화하기 위해 컬러 스케일 이미지에 플롯될 수 있습니다.

그림 2는 5μm 광학 해상도의 Chromasens allPIXA 카메라로 캡처한 정적 라인 패턴 이미지의 시각화를 보여줍니다. 이 경우 열원은 최대 LED 전류에서 작동된 Chromasens Corona II 튜브 라이트 조명입니다. 이 설정에서 광학 왜곡의 크기는 <0.15픽셀 범위에 있습니다. 난류는 시프트 이미지에서 유사한 왜곡 영역으로 볼 수 있습니다. 10mm - 30mm 크기로 확장되고 200ms - 800ms 동안 지속됩니다.

이 측정은 표준 조명의 열 대류로 인한 이미지 교란의 크기가 표준 검사 작업에 눈에 띄는 영향을 미치지 않음을 보여줍니다. 그러나 하위 픽셀 정확도에 의존하는 특수 이미지 처리 작업(예:하위 픽셀의 정확한 특징 추출 또는 하위 픽셀 기반 이미지 상관 관계)은 이러한 왜곡으로 인해 측정 정확도가 감소할 가능성이 높습니다.

이미지 뒤틀림 억제

난기류를 방지하여 이미지 뒤틀림 효과를 억제할 수 있습니다. 이를 위해 팬을 사용하여 층류 기류를 생성할 수 있습니다. 층류의 압력이 일정하기 때문에 기울기 렌즈 효과가 발생하지 않습니다. 기류는 열원의 전체 표면을 덮거나 난류가 나타날 가능성이 있는 광학 경로의 전체 볼륨을 덮어야 합니다.

두 번째 옵션은 일반적으로 광학 경로가 평면으로 제한되기 때문에 라인 스캔 카메라에서 실현하기가 더 쉽습니다. 따라서 팬은 센서 라인을 따라 흐름 방향으로 카메라 측면에 설치할 수 있습니다. 위의 예에서 튜브라이트의 보기 슬릿 바로 아래에 있는 공기는 층류에 의해 관류되어야 합니다. 조명의 측벽이 공기 흐름에 대한 직접적인 측면 접근을 차단하므로 그림 3과 같이 튜브 라이트의 상단에 팬을 설치하고 기울어진 각도로 보기 슬릿으로 불어넣습니다. 이 방법은 왜곡의 크기를 다음과 같이 줄였습니다. 식별할 수 없는 작은 크기입니다.

결론

광학 경로 근처의 열원은 이미지 콘텐츠의 위치를 ​​국부적으로 이동시키는 이미지 뒤틀림을 유발할 수 있습니다. 라인 스캔 카메라의 경우 약 1초의 시간 프레임에서 나타나고 사라지는 시야의 수 mm를 덮는 유사한 이동의 이미지 영역이 있습니다. 이미지 콘텐츠의 하위 픽셀 분석은 이 이동에 의해 부정적인 영향을 받습니다. 이 효과를 억제하기 위해서는 난류의 영향을 받는 광학 경로를 따라 전체 볼륨을 팬의 층류 기류로 덮는 것이 좋습니다.

이 기사는 연구 및 혁신, 혁신 및 IP 관리 팀 리더인 Timo Eckhard가 작성했습니다. 및 Sebastian Georgi, 연구 및 혁신 관리자, Chromasens GmbH(독일 콘스탄츠). 자세한 내용은 이 이메일 주소는 스팸봇으로부터 보호되고 있습니다.에서 Mr. Eckhard에게 문의하십시오. 이 이메일 주소는 스팸봇으로부터 보호됩니다. 보려면 JavaScript를 활성화해야 합니다. 또는 을(를) 방문하십시오. 여기 .