Prevenção de Deformação de Imagem por Calor em Câmeras de Visão Artificial Line-Scan

É bem conhecido na imagem astronômica que várias condições atmosféricas e efeitos climáticos impactam a qualidade da imagem. Isso se deve a mudanças locais no índice de refração do ar no caminho óptico. Essas mudanças dependem do comprimento de onda e variam com mudanças na pressão atmosférica e umidade.

No campo da visão artificial, tanto a pressão quanto a umidade geralmente podem ser assumidas como constantes ao longo de todo o caminho óptico. No entanto, há uma exceção se houver correntes de ar turbulentas no caminho óptico que possam causar mudanças locais de pressão. Uma causa típica de turbulências é a convecção de calor entre partes em temperaturas diferentes. Fontes de calor comuns na visão artificial podem ser a iluminação, eletrônicos de alta carga ou amostras de alta temperatura como metal derramado.

Influência na Imagem

Os diferentes índices de refração no ar turbulento atuam como uma lente de gradiente que deforma o conteúdo da imagem nas áreas afetadas. A magnitude e extensão da deformação são complexas demais e dependentes demais da configuração para modelar matematicamente. Em vez disso, mostramos uma medição de exemplo deste efeito para representar sua magnitude típica e guiá-lo na medição em sua própria configuração.

Em uma câmera line-scan, a distorção óptica é constante para cada linha ao longo da direção de varredura e, portanto, não é visível na imagem. Este fato reduz o problema a uma dimensão espacial — perpendicular à direção de varredura — e a dimensão temporal. Ambas as dimensões podem ser observadas de uma vez adquirindo uma imagem de um alvo estático com a câmera line-scan. A distorção óptica deslocará a posição do conteúdo da imagem na direção x enquanto a extensão da deformação na direção y representa a informação temporal.

Este deslocamento pode ser facilmente medido imageando um padrão de linha estático. O princípio básico desta medição é mostrado na Figura 1. Um perfil de intensidade de imagem de referência é obtido pela média de uma região de interesse contendo uma área de algumas colunas em torno de cada posição x (representado em verde). Um bloco de teste quadrado (representado em vermelho) é passado ao longo de toda a coluna e, para cada posição, os dados de teste são deslocados em passos subpixel via interpolação. O deslocamento com a maior correlação entre teste e referência é registrado para cada pixel e pode ser plotado em uma imagem em escala de cores para visualizar os dados.

A Figura 2 mostra esta visualização a partir de uma imagem de padrão de linha estático capturada com uma câmera Chromasens allPIXA com resolução óptica de 5 μm. A fonte de calor neste caso é a iluminação Chromasens Corona II tubelight operada na corrente máxima de LED. Nesta configuração, a magnitude da distorção óptica está na faixa de <0,15 pixel. As turbulências são visíveis na imagem de deslocamento como áreas de distorção similar. Elas se estendem por um tamanho de 10 mm - 30 mm e persistem por 200 ms - 800 ms.

Esta medição mostra que a magnitude do distúrbio de imagem devido à convecção de calor de uma iluminação padrão não terá impacto perceptível para tarefas de inspeção padrão. No entanto, tarefas especializadas de processamento de imagem que dependem de precisão subpixel (ex: extração de características com precisão subpixel ou correlação de imagem baseada em subpixel) provavelmente mostrarão precisão de medição reduzida devido a essas distorções.

Supressão da Deformação de Imagem

O efeito de deformação de imagem pode ser suprimido prevenindo as turbulências. Para este propósito, um ventilador pode ser utilizado para criar um fluxo de ar laminar. Como a pressão em um fluxo laminar é constante, nenhum efeito de lente de gradiente ocorrerá. O fluxo de ar precisa cobrir toda a superfície da fonte de calor, ou todo o volume do caminho óptico onde turbulências provavelmente aparecerão.

A segunda opção é tipicamente mais fácil de realizar para câmeras line-scan, pois o caminho óptico é restrito a um plano. O ventilador pode, portanto, ser instalado ao lado da câmera com a direção do fluxo ao longo da linha do sensor. No exemplo acima, o ar no volume diretamente abaixo da fenda de visualização do tubelight precisa ser perfundido por um fluxo laminar. Como as paredes laterais da iluminação bloqueiam um acesso lateral direto para o fluxo de ar, o ventilador foi instalado no topo do tubelight e soprando na fenda de visualização em um ângulo inclinado, como mostrado na Figura 3. Este método reduziu a magnitude da distorção a um tamanho indiscernivelmente pequeno.

Conclusão

Uma fonte de calor próxima ao caminho óptico pode introduzir deformação de imagem que desloca localmente a posição do conteúdo da imagem. Para câmeras line-scan, existem regiões de imagem com deslocamento similar que cobrem vários mm do campo de visão que surgem e desaparecem no intervalo de tempo de cerca de um segundo. Análise subpixel do conteúdo da imagem será influenciada negativamente por este deslocamento. Para suprimir este efeito, recomenda-se cobrir todo o volume ao longo do caminho óptico afetado por turbulências com uma corrente de ar laminar de um ventilador.

Este artigo foi escrito por Timo Eckhard, Líder de Equipe, Pesquisa & Inovação, Gestão de Inovação & IP; e Sebastian Georgi, Gerente de Pesquisa & Inovação, Chromasens GmbH (Konstanz, Alemanha). Para mais informações, contate o Sr. Eckhard em Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa de JavaScript habilitado para visualizá-lo., o Sr. Georgi em Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa de JavaScript habilitado para visualizá-lo., ou visite aqui .