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  • 如何选择视觉照明技术

    作者:admin  时间:2019-09-02 10:00  人气:

    5种常见的视觉照明技术和5个关键问题要问。

    随着制造设施转向自动化质量控制解决方案,以便在快节奏市场中保持竞争力并降低误差容忍度,对机器视觉的需求呈指数级增长。事实上,机器视觉的兴起与工厂自动化和机器人使用的增加直接相关。

    虽然机器视觉对于自动化质量控制的未来至关重要,但它并非没有挑战。视觉应用是复杂的,并且环境条件会降低视觉系统的可靠性,除非采取适当的措施来减少其影响。

    特别是照明是任何视觉系统最重要的考虑因素之一 - 适当的照明可能是应用程序成功与失败之间的差异。例如,正确的照明技术和光波长将突出物体上的特征,以创建可靠质量检查所需的对比度。然而,错误的照明技术或波长会产生定义不清晰的低对比度图像,其中眩光,热点或阴影可能会掩盖重要特征。

    在实施大规模,昂贵的视觉系统时,寻找节省成本的方法很诱人; 然而,照明不是偷工减料的地方。如果没有适当的照明,即使是顶级相机也会产生不一致的结果。这是因为更好的照明可以产生更高质量的图像,这对任何视觉系统来说都更容易有效且一致地进行分析。

    以下文章描述了专用视觉照明的重要性,五种常见视觉照明技术,如何选择合适的光波长,以及在为视觉应用选择照明解决方案时评估的五个关键因素。

    为什么专注视觉照明?

    来自架空灯具或附近任务灯的环境照明通常不足以正确照亮机器视觉系统的目标。例如,这些灯不够亮或足够接近应用,以提供精确控制对比度所需的聚焦光,并产生始终如一的高质量图像。

    此外,环境照明全天都在变化。例如,太阳可能在早晨而不是在下午通过窗户照射,或者来自相邻机器的光有时可能开启并且有时会关闭。这些变量根据一天中的不同时间呈现出不同的环境,这会对检查结果的一致性产生负面影响。

    为了优化图像质量,应在任何视觉应用中使用专用光源。专用照明:

    然而,正确的照明技术可以根据应用和目标的光学特性(包括形状,反射率,半透明度和纹理),目标尺寸和相机距离,被检查的特征,细节水平等因素而有很大差异。需要等等。

    5共同视觉照明技术

    视觉照明技术描述了光相对于目标的物理定位方式。有五种常见的视觉照明技术:环形照明,背光照明,定向照明(明场和暗场),低角度环形照明和轴上照明。

    1.环形照明

    环照明

    环照明

    环形照明是视觉照明中经过验证的标准,最常用于一般视觉检查。标准环形灯直接安装在摄像机或视觉传感器上,两个部件可以作为一个整体安装,以方便使用。环形灯可以直接照亮相机前方的区域,特别适用于检查小部件。

    2.背光

    背光

    背光

    通过背光,光源 - 通常是提供均匀,高强度光的专用背光 - 位于物体后面并直接照射到相机中。背光是可用的最高对比度照明技术,产生易于处理的二进制图像。

    对于不透明物体,背光会创建一个显示部分暗影(图形)的图像。然后可以检查轮廓的适当尺寸和形状。使用背光产生的高对比度图像非常适合高精度应用,如精密测量,测量小零件,检测孔的存在/不存在以及验证零件的放置和方向。

    对于半透明物体,背光是寻找缺陷或检测半透明度时的常用技术。背光不是用于检测表面颜色或纹理的合适技术。  

    3.定向照明

    区域照明

    区域照明

    定向照明会产生阴影,以检测深度变化,照亮特定的表面角度,并避免在远离镜头的角度处引导反射表面的眩光。定向照明可以是明场或暗场。

    在明场定向照明中,光源定位成使其或多或少地垂直于物体发光,使物体看起来很亮。对象表面上的特征是可见的,但没有高度对比。然而,明场照明可能会在高反射表面上产生眩光和热点,并且可能无法显示表面纹理。

    在暗场定向照明中,光源以低角度定位,使得其光从物体反射离开相机。暗场照明会导致整体图像变暗,但表面缺陷,凸起特征和纹理看起来很明亮,并且从目标的其他部分中脱颖而出。暗场照明减少了眩光,使其成为检查闪亮物体的理想选择,此技术还可用于通过创建易于测量的阴影来测量高度变化。

    区域灯,聚光灯和酒吧灯是提供定向照明的常见光源。区域灯和聚光灯可在集中区域提供均匀照明,并可安装在现有检测范围内,与视觉传感器的光轴无关。用户可以改变光的方向或距离,以提高光学对比度,而无需添加固定装置或重新对准检查的部件。

    同时,条形灯,也称为线性阵列灯,提供更高强度的照明,照亮大面积区域,同时切割灰尘,雾气和污垢。条形灯可提供干净,明亮,均匀的照明,从而创建必要的光学对比度,以便对较远距离的较大物体进行可靠的精确检查。

    4.低角度环形照明

    低角度环形照明

    低角度环形照明

    一种暗场照明,一种低角度环形灯,其LED安装在一个环中,指向几乎垂直于摄像机视线方向的部分。低角度环形灯可产生阴影和亮点,以检测深度和表面纹理的变化。低角度环形照明是检查表面缺陷,蚀刻和浮雕标记的理想选择。

    5.轴上照明

    轴上照明

    轴上照明

    一种明场照明,一种轴上光源使用分束器沿着摄像机的光轴聚焦光线,提供直接和漫射光,使反射表面明亮而不眩光。相机从顶部向下看,通过轴上光线,向下看到目标部分。

    此技术可用于消除阴影,检查闪亮物体或检测表面纹理差异。轴上光和低角度光产生相反的图像,其特征是暗和亮。

    选择正确的光波长

    除了选择正确的照明技术之外,还可以使用不同波长的光来创建额外的对比度,绘制出感兴趣的特征,或者降低无意义特征的可见性。

    光的颜色

    可以使用不同颜色的光来创建额外的对比度,以模糊或绘制出特定的特征。通常,当光源与部件颜色相似时,它会使部件看起来更亮。例如,用红色环形灯照亮的红色部分将使红色部分在图像上看起来很亮。

    相反,当光源颜色与部件的颜色不同时,部件将显得更暗。例如,当绿灯照亮相同的红色部分时,红色部分将显得较暗。

    紫外线(UV)

    紫外(UV)光可用于在与背景形成非常小的对比时绘制出感兴趣的特征,例如部分上的透明粘合剂珠。在粘合剂上照射UV光可以产生发光效果(荧光),使得粘合剂从背景中清晰地突出。这使得视觉系统更容易可靠地识别粘合剂何时丢失或不正确地应用。

    红外(IR)灯

    红外(IR)光可用于通过降低某些物体的对比度来隐藏不重要的特征。例如,在可见光谱中看起来暗的某些类型的墨水反射大量的IR光。在这些情况下,墨水可能会在灰度图像中消失 - 这种效果可用于隐藏某些无关紧要的特征。在检查闪亮物体时,红外灯还可用于减少眩光和反射。

    视觉照明入门:要问的5个问题

    现在您已了解最常见的视觉照明技术,了解这些技术如何适用于您的特定应用非常重要。选择视觉照明解决方案时,第一步是彻底评估您的应用要求。以下是帮助您确定适合您的应用的正确照明技术和波长的五个关键问题:

    目标的光学特性是什么?

    了解您的目标以及相机如何看待它。例如,目标是否具有高反射性?在明场照明下,非常有光泽的物体会将大部分光线反射回相机,造成眩光并使图像难以准确处理。同时,暗场照明是间接照明的一种形式,可在检查反射目标时减少眩光。

    你在找什么?

    清楚地表达相机需要看到的内容。检查物体的表面缺陷将需要不同的照明技术,而不是检查物体以验证特定特征的存在/不存在。

    目标大小是多少?

    检测/测量的特征尺寸是多少?澄清目标的大小和被检查的特征的大小。例如,环形照明和背光都是检查小部件的常用技术。但是,在检查表面纹理或小凸起特征时,暗场定向照明通常是更好的选择。

    目标有多远?

    有什么安装限制?了解您正在使用的空间以及可用的安装选项。例如,在安装选项有限的应用中,直接连接到摄像机的环形灯意味着只能安装一个设备。另一方面,大目标可能需要安装得更远的更大的灯以适当地照亮整个表面。

    申请的速度是多少?  

    了解在检查过程中目标的行进速度。与慢速移动或静止目标上的测试相比,应用的实际速度会显着影响检测结果。例如,静止目标可能很容易被相机捕捉; 然而,在高速移动的相同环境中的相同目标可能导致图像模糊。正确的照明技术可以降低应用速度的影响,从而产生更好的图像,使相机更容易准确处理。通常,高速应用通常需要更明亮,更强大的照明。

    在回答完这些问题后,下一步就是测试一个解决方案。每个视觉应用程序都是独一无二的,最好在现实条件下尝试该解决方案,以确保它适用于您的应用程序。

     
     

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