Лабораторное обнаружение плоских стеклянных фигур по их отражению

Дата: 21 декабря 2022 г.

Авторы: Властимил Хотар, Ондрей Матусек и Ян Свобода.

Источник:Веб-конференция MATEC, 89 (2017) 01007

DOI: https://doi.org/10.1051/matecconf/20178901007.

Стекло отражает свет под большими углами падения. Использование этого свойства для распознавания форм является основной целью исследования. Обнаружение двумерных форм на плоском стекле — относительно простой пример, который использовался в начале исследования. Обнаружение основано на трех этапах: захвате объекта под большими углами падения, включений искажений и других оптических дефектов сканирования и реконструкции формы.

Системы технического зрения для мониторинга и контроля в стекольной промышленности применяются, в частности, для контроля качества стеклянной тары, оконных и автомобильных стекол. Возможности применения систем технического зрения в стекольной промышленности в основном заключаются в следующем: подсчет продукции, измерение и контроль качества производства, распознавание формы, позиционирование и мониторинг и управление производством с использованием обратной связи. Несмотря на интенсивные исследования машинного зрения на протяжении нескольких десятилетий, это по-прежнему большая область исследований для решения некоторых конкретных проблем, поскольку стекло обладает особыми свойствами [1]. Основная проблема — прозрачность бесцветного стекла.

Системы предъявляют разные требования к контролю расплава стекла и холодного стекла, полуфабрикатов или конечной продукции. Типичная и общая схема системы мониторинга и/или управления представлена ​​на рисунке 1. Не все оборудование, указанное на рисунке, необходимо использовать для анализа данных производства.

Система обычно состоит из определенных частей, и для применения в производстве стекла предъявляются некоторые особые требования:

Исследования кафедры машин и робототехники для производства стекла сосредоточены на анализе структурированных изображений с использованием фрактальной размерности [3]. Данные имеют характер цифровых изображений и полученных разделительных линий (например, профилей [4], шероховатостей и разделительной линии света и тени). Анализы применяются, например, в гофрировании, в котором используется отражение пластины «зебра» [5]. Идея использовать отражение для обнаружения стеклянных предметов родилась в этом приложении.

При переходе света из среды с заданным показателем преломления ni (воздух) во вторую среду с показателем преломления nt (стекло) может происходить как отражение, так и преломление света [6]. На рисунке 2 падающий световой луч PO попадает в точку O на границу раздела двух сред с показателями преломления ni и nt. Часть луча отражается как луч OQ, а часть преломляется как луч OS. Углы, под которыми падающие лучи отражаются и преломляются к нормали к границе раздела, обозначаются i, r и t. Связь между этими углами определяется законом отражения:

и закон Снелла:

Доля падающей мощности, отраженная от границы раздела, определяется выражениемотражательная способностьR, а преломленная доля определяется выражениемпропусканиеТ. Количество света, отраженного от материала при нормальном падении (угол падения θᵢ≈θₜ≈0), пропорционально квадрату изменения показателя на грани:

Для обычного стекла в воздухе nᵢ = 1 и nₜ = 1,5; таким образом отражается около = 4% света. Обратите внимание, что отражение от плоского стекла происходит как с передней, так и с задней стороны, и что часть света несколько раз отражается вперед и назад между двумя сторонами. Комбинированный коэффициент отражения Rg для этого случая равен

когда помехами можно пренебречь, Rg = 7,7 %. Однако отражения недостаточно для предполагаемого обнаружения, и необходимо использовать освещение под большим углом.

Расчеты R и T зависят от поляризации падающего луча. Используя уравнения Френеля (после упрощения) уравнения для света, поляризованного электрическим полем света, перпендикулярным плоскости диаграммы на рисунке 2, коэффициент отражения R⊥