Seleziona le dimensioni della luce per la visione artificiale

La tecnologia della visione artificiale rappresenta un pilastro fondamentale dell'automazione industriale e della produzione intelligente moderne, ed è ampiamente utilizzata nei settori dell'ispezione, della navigazione, del controllo qualità e altri ancora. Tra queste, le tecnologie di visione 2D, 2.5D e 3D costituiscono tre tecnologie chiave, ciascuna con caratteristiche e scenari applicativi differenti.

I. antecedenti

Quando si valuta un progetto per la sorgente luminosa visiva, è importante prevedere uno spazio adeguato per la sorgente luminosa visiva.

Durante la valutazione, se il test e la verifica della sorgente luminosa non vengono effettuati in anticipo, potrebbe verificarsi un problema per cui lo spazio riservato è troppo piccolo nella fase successiva. Cioè, la sorgente luminosa effettivamente utilizzabile è spesso più grande dello spazio originariamente previsto, influenzando così il progetto; se si adotta una sorgente luminosa di piccole dimensioni per soddisfare i requisiti dimensionali, è molto probabile che la qualità dell'imaging sia scarsa e l'effetto di irradiazione non soddisfacente a causa dell'incompatibilità della sorgente luminosa, influenzando l'avanzamento dell'intero progetto. Alla fine, sarà comunque necessario modificare lo spazio di installazione in base alle dimensioni effettive della sorgente luminosa e l'intero processo richiederà molto tempo e fatica.

Pertanto, è particolarmente importante svolgere un'adeguata valutazione nella scelta della sorgente luminosa nella fase iniziale di valutazione del progetto visivo. Al momento, la maggior parte dei progetti visivi esegue innanzitutto dei test di illuminazione per determinare le dimensioni e l'altezza della sorgente luminosa, per poi progettare le altre parti; questo sarà di grande aiuto per lo sviluppo regolare dell'intero progetto nella fase successiva.

II. Casi di Selezione

Di seguito sono mostrate due immagini che confrontano gli effetti di imaging di sorgenti luminose grandi e piccole: la Figura 1 mostra che, a causa della ridotta dimensione della sorgente luminosa, la macchia di luce non riesce a coprire l'intero campo visivo; la Figura 2 mostra che le dimensioni della sorgente luminosa sono adeguate, permettendo di coprire l'intero campo visivo, con un effetto uniforme generale e caratteristiche di rilevamento evidenti.

Come possiamo selezionare una sorgente luminosa di dimensione appropriata senza effettuare test iniziali di illuminazione? Dopo aver ottenuto i campioni di prova, dobbiamo comprendere le caratteristiche di rilevamento, valutare il tipo di percorso ottico e il colore della sorgente luminosa e, dopo aver effettuato queste scelte, possiamo determinare la dimensione richiesta della sorgente luminosa.

Ci sono principalmente tre punti da considerare come base di riferimento. Primo punto: modalità di irradiazione, esistono due tipi di modalità di irradiazione, una è l'illuminazione frontale e l'altra è l'illuminazione retrostante dal basso; Secondo punto: selezione dell'obiettivo, ci sono due tipi di obiettivi, rispettivamente obiettivo FA e obiettivo telecentrico; Terzo punto: distanza di lavoro e dimensione del campo visivo della struttura della sorgente luminosa.

III. Modalità di irradiazione

Giudicando dalla modalità di irradiazione frontale, se la superficie del prodotto da rilevare è liscia e riflettente, la superficie non riflettente ha requisiti meno stringenti sulle dimensioni della sorgente luminosa e una sorgente luminosa pari a circa 1/2 del campo visivo è sufficiente.

Focalizzandosi sulla superficie riflettente come esempio per capire come selezionare la dimensione della sorgente luminosa, innanzitutto è necessario rilevare le caratteristiche sulla superficie riflettente, e il punto luminoso dovrebbe coprire l'intero campo visivo e formare un'immagine uniforme, il che fornirà un contrasto migliore.  

Allo stesso tempo, devono essere noti tre parametri: la dimensione del centro del target della telecamera, la distanza di lavoro dalla telecamera alla superficie di rilevamento e la dimensione del campo visivo (la lunghezza e la larghezza del campo visivo corrispondono alla lunghezza e alla larghezza del sensore della telecamera). In secondo luogo, se l'obiettivo è un obiettivo FA, è necessario conoscere anche il parametro dell'angolo compreso. In questo modo, si possono ottenere l'angolo di proiezione e l'angolo di riflessione dell'obiettivo della telecamera, come mostrato nelle seguenti figure (Figura 3, Figura 4, Figura 5). Si può osservare che la proiezione e la riflessione formano una figura a forma di W. Se la sorgente luminosa si trova all'esterno dell'angolo di proiezione (come mostrato nella Figura 3), ci saranno macchie di luce nell'angolo di riflessione; se la sorgente luminosa si trova nella posizione critica dell'angolo di riflessione (come mostrato nella Figura 4), la macchia di luce sarà visibile sul bordo del campo visivo dell'immagine; soltanto quando la sorgente luminosa si trova all'esterno del bordo di riflessione (W) (come mostrato nella Figura 5), si otterrà un'immagine uniforme.

Lo stesso vale per l'illuminazione posteriore dal basso, ma non è necessario calcolare l'angolo di riflessione. Più la sorgente luminosa è distante dalla superficie di rilevamento, maggiore sarà la distanza di estensione della proiezione dell'angolo. Quando si seleziona l'illuminazione posteriore per lente FA, si può effettuare il calcolo e la valutazione in questo modo. Come mostrato nella figura seguente:

IV. Selezione della Lente

I due modi di illuminazione sopra descritti menzionano soltanto la lente FA, e le immagini e il testo prendono anch'esse la lente FA come esempio a scopo illustrativo. Esiste poi un altro tipo di lente da spiegare, ovvero la comune lente telecentrica. La lente telecentrica è fondamentalmente di tipo ad ottica parallela, quindi quando si sceglie la dimensione della sorgente luminosa insieme alla lente telecentrica, è sufficiente che sia leggermente più grande del campo visivo reale. Come mostrato nella figura seguente:

V. Distanza di Lavoro e Dimensione del Campo Visivo della Struttura della Sorgente Luminosa

Dopo aver conosciuto il centro del target della telecamera e la distanza di lavoro, l'angolo dell'obiettivo, la distanza di lavoro della sorgente luminosa e il campo visivo, le dimensioni della sorgente luminosa possono essere determinate mediante calcolo. Allo stesso tempo, software come CAD possono essere utilizzati per disegnare grafica in base ai parametri, in modo da visualizzare intuitivamente dove si trova il punto luce della sorgente e stabilire se le dimensioni della sorgente luminosa selezionata sono adeguate. Come mostrato nella figura seguente:

Quando l'obiettivo è un obiettivo FA ordinario, la relazione tra la distanza di lavoro della sorgente luminosa Wd e la lunghezza della luce superficiale L può essere ottenuta dalle caratteristiche dei triangoli simili:  

WD/(WD+wd)=FOV/L

Quando l'obiettivo è un obiettivo telecentrico, la posizione di installazione della sorgente luminosa selezionata deve semplicemente garantire che  L > FOV.

VI. Conclusione

Nello schema di ispezione della visione artificiale, la selezione della sorgente luminosa visiva è una parte importante. La corretta scelta dello schema di illuminazione è favorevole al regolare completamento dell'intero sistema di visione, e una sorgente luminosa adeguata può risparmiare efficacemente i costi e lo spazio di installazione del meccanismo.