Applicazioni della luce ultravioletta e infrarossa nell'illuminazione per la visione artificiale

I sistemi di visione artificiale sono fondamentali nell'automazione industriale moderna, nel controllo qualità e nella ricerca, con l'illuminazione che rappresenta un componente essenziale. Sebbene la luce visibile sia la più comune, luce ultravioletta (UV) e luce infrarossa (IR) offrono vantaggi unici dove la luce visibile non è sufficiente. Questo articolo ne esplora le caratteristiche, le principali applicazioni e le tendenze future nella visione artificiale.

1. Panoramica della luce UV e IR nella visione artificiale

La gamma visibile dello spettro elettromagnetico (400–760 nm) è percepibile dall'occhio umano, ma l'ultravioletto (UV, 10–400 nm) e l'infrarosso (IR, 760 nm–1 mm) ampliano le capacità della visione artificiale. Nella pratica, ultravioletto vicino (UV-A, 315–400 nm) è preferito per motivi di sicurezza e compatibilità con i sensori, mentre infrarosso vicino (NIR, 760–1400 nm) e infrarosso a onde corte (SWIR, 1400–3000 nm) sono comuni per le attività di IR: funzionano con sensori standard modificati e penetrano efficacemente i materiali.

L'UV eccita la fluorescenza in sostanze specifiche, mentre l'IR interagisce con i materiali in base alla composizione chimica (assorbimento/trasmissione). Queste interazioni uniche determinano i loro utilizzi nella visione artificiale.

2. Applicazioni delle sorgenti luminose UV

L'illuminazione UV sfrutta fluorescenza e contrasto di materiali per rilevare difetti, contaminanti o caratteristiche invisibili.

2.1 Ispezione industriale della qualità

L'UV è ampiamente utilizzato nel controllo qualità per rilevare difetti superficiali e verificare l'integrità del prodotto. Per polimeri (ad esempio parti plastiche automobilistiche) e rivestimenti (ad esempio vernici per elettrodomestici), l'UV illumina additivi fluorescenti: difetti come crepe o fori producono macchie scure non fluorescenti, che i sistemi segnalano. Nell'industria alimentare/farmaceutica, l'UV identifica contaminanti organici (muffe, batteri) e verifica l'uniformità del rivestimento delle compresse, poiché le sostanze organiche fluorescono rispetto ai materiali non fluorescenti.

2.2 Autenticazione e anticontraffazione

I raggi UV rivelano caratteristiche di sicurezza nascoste nei documenti (passaporti) e nella valuta (filamenti fluorescenti nell'Euro/Dollaro USA). I prodotti di fascia alta (beni di lusso, elettronica) utilizzano etichette marcate con UV; la visione artificiale le scansiona sotto luce UV per confermare l'autenticità, supportando la lotta contro le contraffazioni nella catena di approvvigionamento.

3. Applicazioni delle sorgenti luminose IR

L'IR eccelle nel penetrazione del Materiale , miglioramento del contrasto termico , e riduzione degli abbagliamenti , ideale in scenari bui o con ostacoli.

3.1 Penetrazione dei materiali e rilevamento di caratteristiche nascoste

Il NIR/SWIR penetra i materiali opachi. Nei semiconduttori, permette di ispezionare connessioni interne di IC/PCB (giunti saldati, difetti) non raggiungibili con luce visibile. In agricoltura, il NIR rivela difetti interni della frutta (ammaccature) e misura l'umidità dei cereali tramite assorbimento, ottimizzando selezione e stoccaggio.

3.2 Imaging termico e misurazione della temperatura

L'IR cattura la radiazione termica per il monitoraggio della temperatura senza contatto. Nella produzione industriale (fusione dei metalli, saldatura), le mappe termiche rilevano punti surriscaldati o freddi per garantire la qualità. In ambito sanitario, l'IR misura la temperatura cutanea (rilevamento della febbre) e monitora la guarigione delle ferite attraverso i cambiamenti del flusso sanguigno; è inoltre utilizzato nella medicina veterinaria per il rilevamento non invasivo di lesioni.

3.3 Riduzione dell'abbagliamento e imaging in condizioni di scarsa illuminazione

L'IR evita l'abbagliamento causato da superfici riflettenti (metallo, vetro) e funziona al buio. Per la sorveglianza esterna (traffico, aree logistiche) o per l'ispezione di materiali riflettenti (elettrodomestici in acciaio inox), l'IR elimina l'abbagliamento e cattura immagini nitide, rivelando graffi o ammaccature nascosti dalla luce visibile.

4. Differenze principali tra sorgenti luminose UV e IR

L'UV si basa sulla fluorescenza/contrasto per rilevare caratteristiche nascoste/contaminanti, richiedendo telecamere sensibili all'UV; l'UV-A è sicuro a basse dosi, ma l'UV-B/C danneggia la pelle/occhi. L'IR utilizza la penetrazione/emissione termica per l'ispezione di materiali opachi o il monitoraggio termico; la maggior parte del NIR funziona con sensori standard (il SWIR richiede sensori specializzati), e il NIR è generalmente sicuro (l'IR ad alta potenza provoca surriscaldamento). La scelta dipende dal compito specifico, ad esempio UV per contaminanti alimentari, IR per controlli interni di PCB.

5. Tendenze e sviluppi futuri

La tecnologia UV/IR sta evolvendo verso la miniaturizzazione (LED compatti per sistemi portatili), l'imaging multispettrale (combinazione di UV/visibile/IR per analisi complete, ad esempio profilo della qualità alimentare) e l'integrazione dell'IA (algoritmi che migliorano l'accuratezza nel rilevamento dei difetti e il processo decisionale in tempo reale).

6. Conclusione

UV e IR trasformano la visione artificiale permettendo operazioni impossibili con la luce visibile. L'UV eccelle nel rilevamento di difetti nascosti, contaminanti e nell'autenticazione; l'IR offre penetrazione, imaging termico e riduzione dell'abbagliamento. Con la crescente richiesta di maggiore precisione da parte delle industrie, il loro ruolo aumenterà: comprendere le loro proprietà aiuta le aziende a migliorare qualità, sicurezza ed efficienza.

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