Prévention de la déformation d'image induite par la chaleur dans les caméras à balayage linéaire de vision industrielle

Il est bien connu de l'imagerie astronomique que diverses conditions atmosphériques et effets météorologiques ont un impact sur la qualité de l'image. Cela est dû aux changements locaux de l'indice de réfraction de l'air dans le chemin optique. Ces changements dépendent de la longueur d'onde et varient avec les changements de la pression atmosphérique et de son humidité.

Dans le domaine de la vision artificielle, la pression et l'humidité peuvent généralement être supposées constantes sur l'ensemble du chemin optique. Cependant, il existe une exception à cette règle s'il y a des courants d'air turbulents dans le chemin optique qui peuvent provoquer des changements de pression locaux. Une cause typique de turbulences est la convection de chaleur entre des pièces à différentes températures. Les sources de chaleur courantes en vision industrielle peuvent être l'éclairage, l'électronique à forte charge ou des échantillons à haute température tels que le métal coulé.

Influence sur l'imagerie

Les différents indices de réfraction dans l'air turbulent agissent comme une lentille à gradient qui déforme le contenu de l'image dans les zones affectées. L'ampleur et l'étendue du gauchissement sont à la fois trop complexes et trop dépendantes de la configuration pour être modélisées mathématiquement. Au lieu de cela, nous montrons un exemple de mesure de cet effet pour représenter son ampleur typique et pour vous guider dans sa mesure dans votre propre configuration.

Dans une caméra à balayage linéaire, la distorsion optique est constante pour chaque ligne le long de la direction de balayage et n'est donc pas visible sur l'image. Ce fait réduit le problème à une dimension spatiale – perpendiculaire à la direction de balayage – et à la dimension temporelle. Les deux dimensions peuvent être observées simultanément en acquérant une image d'une cible statique avec la caméra à balayage linéaire. La distorsion optique décalera la position du contenu de l'image dans la direction x tandis que l'extension de la déformation dans la direction y représente les informations temporelles.

Ce décalage peut facilement être mesuré en imageant un motif de ligne statique. Le principe de base de cette mesure est illustré à la figure 1. Un profil d'intensité d'image de référence est pris en faisant la moyenne d'une région d'intérêt contenant une zone de quelques colonnes autour de chaque position x (représentée en vert). Un bloc de test carré (représenté en rouge) est passé le long de toute la colonne et pour chaque position, les données de test sont décalées par pas de sous-pixel via une interpolation. Le décalage avec la corrélation la plus élevée entre le test et la référence est enregistré pour chaque pixel et peut être tracé dans une image à échelle de couleurs pour visualiser les données.

La figure 2 montre cette visualisation à partir d'une image de motif de ligne statique capturée avec une caméra Chromasens allPIXA avec une résolution optique de 5 μm. La source de chaleur dans ce cas est l'éclairage à tube lumineux Chromasens Corona II qui fonctionnait au courant LED maximum. Dans cette configuration, l'amplitude de la distorsion optique est de l'ordre de <0,15 pixel. Les turbulences sont visibles dans l'image de décalage sous forme de zones de distorsion similaire. Ils s'étendent sur une taille de 10 mm à 30 mm et persistent pendant 200 ms à 800 ms.

Cette mesure montre que l'ampleur de la perturbation de l'image due à la convection thermique d'un éclairage standard n'aura pas d'impact notable pour les tâches d'inspection standard. Cependant, les tâches de traitement d'image spécialisées qui dépendent de la précision du sous-pixel (par exemple, l'extraction de caractéristiques précises du sous-pixel ou la corrélation d'image basée sur le sous-pixel) afficheront probablement une précision de mesure réduite en raison de ces distorsions.

Suppression de la déformation de l'image

L'effet de déformation de l'image peut être supprimé en empêchant les turbulences. À cette fin, un ventilateur peut être utilisé pour créer un flux d'air laminaire. Comme la pression dans un flux laminaire est constante, aucun effet de lentille de gradient ne se produira. Le flux d'air doit soit couvrir toute la surface de la source de chaleur, soit tout le volume du chemin optique où les turbulences sont susceptibles d'apparaître.

La deuxième option est généralement plus facile à réaliser pour les caméras à balayage linéaire car le chemin optique est limité à un plan. Le ventilateur peut donc être installé sur le côté de la caméra avec le sens d'écoulement le long de la ligne du capteur. Dans l'exemple ci-dessus, l'air dans le volume directement sous la fente d'observation de la lampe tubulaire doit être perfusé par un flux laminaire. Comme les parois latérales de l'éclairage bloquent un accès latéral direct pour le flux d'air, le ventilateur a été installé au-dessus de la lampe tubulaire et soufflé dans la fente d'observation à un angle incliné, comme illustré à la figure 3. Cette méthode a réduit l'ampleur de la distorsion à une petite taille indiscernable.

Conclusion

Une source de chaleur à proximité du trajet optique peut introduire une déformation de l'image qui déplace localement la position du contenu de l'image. Pour les caméras à balayage linéaire, il existe des régions d'image de décalage similaire qui couvrent plusieurs mm du champ de vision qui émergent et disparaissent en l'espace d'environ une seconde. L'analyse des sous-pixels du contenu de l'image sera influencée négativement par ce changement. Pour supprimer cet effet, il est recommandé de couvrir tout le volume le long du chemin optique qui est affecté par les turbulences avec un courant d'air laminaire provenant d'un ventilateur.

Cet article a été rédigé par Timo Eckhard, chef d'équipe, Recherche et innovation, Innovation et gestion de la propriété intellectuelle ; et Sebastian Georgi, directeur de la recherche et de l'innovation, Chromasens GmbH (Constance, Allemagne). Pour plus d'informations, contactez M. Eckhard à Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser., M. Georgi à Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la voir., ou visitez ici .