從天文成象中，我們知道各種大氣條件和天氣影響對成象質量有影響。這是由于光程中空氣的折射率發生了局部變化。這些變化依賴于波長，并隨大氣壓和濕度的變化而變化。

在機器視覺領域，壓力和濕度通常可以假定在整個光程上是恒定的。然而，這個規則有一個例外，如果在光路中有湍流氣流，可能導致局部壓力變化。湍流的一個典型原因是不同溫度下各部分之間的熱對流。機器視覺中常見的熱源可以是照明、高負載電子器件或高溫樣品，如澆注的金屬。

對行掃描相機成像的影響

湍流空氣中的不同折射率就像一個漸變透鏡，使受影響區域的圖像內容發生扭曲。翹曲的大小和延伸既太復雜，又太依賴于建立數學模型。相反，我們展示了這個效果的一個測量示例，以表示它的典型大小，并指導您在自己的設置中測量它。

在直線掃描相機中，沿掃描方向的每條直線的光學畸變是恒定的，因此在圖像中不可見。這一事實將問題簡化為一個空間維度——垂直于掃描方向——和時間維度。利用線掃描相機獲取靜態目標的圖像，可以同時觀察到這兩個維度。光學畸變將使圖像內容的位置在x方向上發生位移，而在y方向上變形的擴展表示時間信息。

這種位移可以很容易地通過成像靜態線圖來測量。這種測量的基本原理如圖1所示(上圖)。參考圖像強度剖面圖是通過對一個感興趣的區域進行平均，該區域包含每個x位置周圍的幾個列(用綠色表示)。一個正方形的測試塊(用紅色表示)沿著整列傳遞，對每一個位置的測試數據通過插值以亞像素的步驟進行移動。對每個像素記錄測試和參考之間具有最高相關性的偏移，并可以繪制在一個彩色比例圖像中以使數據可視化。

圖2:彩色圖像表示的測量圖像位移。顏色尺度以亞像素單位表示偏移

圖2顯示了使用光學分辨率為5°m的Chromasens allPIXA相機捕獲的靜態線模式圖像的可視化。在這種情況下，熱源是Chromasens Corona II管belight照明，運行在最大的LED電流。在這種設置中，光學失真的幅度在<0.15像素的范圍內。湍流在移位圖像中可以看到類似的畸變區域。它們的長度在10mm – 30mm之間，持續時間在200ms – 800ms之間。

該測量表明，標準照明產生的熱對流對圖像擾動的大小不會對標準檢查任務產生明顯影響。然而，依賴于亞像素精度的特殊圖像處理任務(例如亞像素精確特征提取或基于亞像素的圖像相關性)可能會由于這些畸變而降低測量精度。

抑制圖像變形

通過防止湍流可以抑制圖像的翹曲效應。為此目的，可以利用風扇來產生層流氣流。由于層流中的壓力是恒定的，所以不會發生梯度透鏡效應。氣流要么需要覆蓋熱源的整個表面，要么需要覆蓋光路的整個體積，在那里可能出現湍流。

圖3:推薦的抑制設置為Chromasens管belight設置。為便于說明，傳感器在左側被描述為一個紅點，在右側被描述為一條紅線

對于線掃描相機，第二種選擇通常更容易實現，因為光路被限制在一個平面上。因此，風扇可以按照傳感器線的流向安裝在相機的一側。在上面的例子中，在管狀管的觀察縫的正下方的體積中的空氣需要層流灌注。由于照明塊的側壁為氣流提供了直接的側入口，因此風扇安裝在管板的頂部，并以傾斜的角度吹入觀察縫，如圖3所示。這種方法將失真的幅度減小到一個難以辨認的小尺寸。

總結

靠近光路的熱源可以引入圖像翹曲，從而局部改變圖像內容的位置。對于行掃描相機，在大約一秒的時間內，會出現和消失覆蓋了幾毫米視場的類似位移的圖像區域。這種變化將對圖像內容的亞像素分析產生負面影響。為了抑制這種效果，建議沿受來自風扇的層流氣流湍流影響的光路覆蓋整個體積。

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責任編輯：PSY

原文標題：如何防止機器視覺線掃描相機熱引起的圖像變形

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