Prévenir le gauchissement d'image induit par la chaleur dans les caméras vision ligne de balayage

On sait depuis l'imagerie astronomique que diverses conditions atmosphériques et effets météorologiques impactent la qualité d'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 pression atmosphérique et d'humidité.

En vision industrielle, pression et humidité peuvent généralement être considérées constantes sur tout le chemin optique. Cependant, il y a une exception s'il y a des courants d'air turbulents dans le chemin optique qui peuvent causer des changements de pression locaux. Une cause typique de turbulences est la convection thermique entre pièces à températures différentes. Les sources de chaleur courantes en vision industrielle peuvent être l'éclairage, l'électronique de forte charge, ou des échantillons à haute température comme du métal en fusion.

Influence sur l'imagerie

Les différents indices de réfraction dans l'air turbulent agissent comme un lentille à gradient qui déforme le contenu de l'image dans les zones affectées. L'ampleur et l'étendue du gauchissement sont trop complexes et trop dépendantes de la configuration pour être modélisées mathématiquement. Au lieu de cela, nous montrons une mesure d'exemple de cet effet pour représenter son amplitude typique et vous guider pour le mesurer 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 dans 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 à la fois 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 en direction x tandis que l'extension du gauchissement en direction y représente l'information temporelle.

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

La Figure 2 montre cette visualisation à partir d'une image de motif de lignes statiques capturée avec une caméra Chromasens allPIXA à résolution optique 5 μm. La source de chaleur est l'éclairage tubulaire Chromasens Corona II opéré au courant LED maximum. Dans cette configuration, l'amplitude de la distorsion optique est dans la gamme <0,15 pixel. Les turbulences sont visibles dans l'image de décalage comme des zones de distorsion similaire. Elles s'étendent sur 10-30 mm et persistent 200-800 ms.

Cette mesure montre que l'amplitude de la perturbation d'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 dépendant de la précision sous-pixel (ex. extraction de caractéristiques sous-pixel ou corrélation d'image basée sur le sous-pixel) montreront probablement une précision de mesure réduite due à ces distorsions.

Suppression du gauchissement d'image

L'effet de gauchissement d'image peut être supprimé en prévenant les turbulences. Pour cela, un ventilateur peut créer un flux d'air laminaire. Comme la pression dans un flux laminaire est constante, aucun effet lentille à 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 seconde option est généralement plus facile à réaliser pour les caméras à balayage linéaire car le chemin optique est contraint à un plan. Le ventilateur peut donc être installé sur le côté de la caméra avec la direction du flux le long de la ligne de capteur. Dans l'exemple ci-dessus, l'air dans le volume directement sous la fente de visualisation du tubelight 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 sur le tubelight et souffle dans la fente de visualisation à un angle incliné comme montré Figure 3. Cette méthode a réduit l'amplitude de la distorsion à une taille indiscernablement petite.

Conclusion

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

Cet article a été écrit par Timo Eckhard, Chef d'équipe Recherche & Innovation, Gestion Innovation & PI ; et Sebastian Georgi, Responsable Recherche & Innovation, Chromasens GmbH (Constance, Allemagne). Pour plus d'informations, contactez M. Eckhard à cet email protégé, M. Georgi à cet email protégé, ou visitez .