Применение ультрафиолетового и инфракрасного света в освещении для машинного зрения

Системы машинного зрения играют важную роль в современной промышленной автоматизации, контроле качества и научных исследованиях, при этом освещение является ключевым компонентом. Хотя видимый свет используется наиболее часто, ультрафиолетовый (УФ) свет и инфракрасный (ИК) свет предоставляют уникальные преимущества в тех случаях, где видимый свет оказывается недостаточным. В данной статье рассматриваются их характеристики, основные области применения и перспективные тенденции развития машинного зрения.

1. Обзор использования УФ- и ИК-света в машинном зрении

Видимый диапазон электромагнитного спектра (400–760 нм) воспринимается человеческим глазом, однако ультрафиолет (10–400 нм) и инфракрасное излучение (760 нм – 1 мм) расширяют возможности машинного зрения. На практике ближний ультрафиолет (УФ-А, 315–400 нм) предпочтителен с точки зрения безопасности и совместимости с датчиками, в то время как ближний инфракрасный (БИК, 760–1400 нм) и и коротковолновой инфракрасный (КВИК, 1400–3000 нм) широко используются в задачах с ИК-излучением — они работают с модифицированными стандартными датчиками и эффективно проникают в материалы.

УФ-излучение вызывает флуоресценцию в определённых веществах, тогда как ИК-излучение взаимодействует с материалами в зависимости от их химического состава (поглощение/пропускание). Эти уникальные взаимодействия обусловливают их применение в системах машинного зрения.

2. Применение источников УФ-излучения

УФ-освещение использует флуоресценция и контраст материалов для обнаружения невидимых дефектов, загрязнений или признаков.

2.1 Промышленный контроль качества

УФ-излучение широко применяется при контроле качества для выявления поверхностных дефектов и проверки целостности продукции. В полимерах (например, пластиковых деталях автомобилей) и покрытиях (например, лакокрасочных покрытиях бытовой техники) УФ-излучение активирует флуоресценцию добавок — дефекты, такие как трещины или микропоры, образуют тёмные, нефлуоресцирующие участки, которые система распознаёт как аномалии. В пищевой промышленности и фармацевтике УФ-излучение позволяет выявлять органические загрязнения (плесень, бактерии) и проверять равномерность покрытия таблеток, поскольку органические вещества флуоресцируют на фоне непроницаемых материалов.

2.2 Аутентификация и защита от подделок

УФ-излучение выявляет скрытые защитные признаки в документах (паспортах) и банкнотах (флуоресцентные нити евро/доллара США). Продукция премиум-класса (товары роскоши, электроника) использует маркировку УФ-метками; системы машинного зрения сканируют их под УФ-светом для подтверждения подлинности, обеспечивая защиту цепочек поставок от контрафакта.

3. Применение источников ИК-света

ИК-излучение превосходно справляется с проникновение в материал , повышением теплового контраста , и уменьшение блеска , идеально подходит для ситуаций с ограниченным обзором или слабым освещением.

3.1 Проникновение материалов и обнаружение скрытых признаков

Ближний ИК и коротковолновый ИК проникают через непрозрачные материалы. В полупроводниковой промышленности они позволяют инспектировать внутренние соединения микросхем и печатных плат (пайку, дефекты), недоступные видимому свету. В сельском хозяйстве ближний ИК выявляет внутренние повреждения фруктов (гематомы) и измеряет влажность зерна по поглощению, оптимизируя сортировку и хранение.

3.2 Тепловизионная съемка и измерение температуры

ИК-излучение улавливает тепловое излучение для бесконтактного контроля температуры. В производстве (литье металлов, сварка) тепловые карты позволяют выявлять перегретые или недостаточно нагретые участки для обеспечения качества. В здравоохранении ИК-излучение используется для измерения температуры кожи (обнаружение лихорадки) и отслеживания процесса заживления ран по изменениям кровотока; также применяется в ветеринарии для неинвазивного обнаружения травм.

3.3 Снижение бликов и съёмка в условиях слабого освещения

ИК-излучение позволяет избежать бликов от отражающих поверхностей (металл, стекло) и работает в полной темноте. В системах наружного наблюдения (контроль транспорта, логистические дворы) или при инспекции отражающих материалов (бытовая техника из нержавеющей стали) ИК-диапазон устраняет блики и обеспечивает чёткое изображение, выявляя царапины или вмятины, которые скрыты при видимом свете.

4. Основные различия между УФ- и ИК-источниками света

УФ-излучение полагается на флуоресценцию/контраст для обнаружения скрытых признаков/загрязнений и требует использования УФ-чувствительных камер; УФ-А безопасен при низких дозах, но УФ-В/С вредит коже/глазам. ИК-излучение использует проникновение и тепловое излучение для контроля непрозрачных материалов или мониторинга температуры; большинство ближнего ИК-диапазона (NIR) работает со стандартными датчиками (SWIR требует специализированных), а NIR в целом безопасен (мощный ИК-свет может вызвать перегрев). Выбор зависит от задачи — например, УФ для выявления загрязнений в пищевых продуктах, ИК для проверки внутренних элементов печатных плат.

5. Будущие тенденции и разработки

Технологии УФ/ИК развиваются в направлении миниатюризации (компактные светодиоды для портативных систем), мультиспектральной съемки (объединение УФ/видимого/ИК-диапазонов для комплексного анализа, например, оценка качества продуктов) и интеграции с ИИ (алгоритмы повышают точность обнаружения дефектов и позволяют принимать решения в реальном времени).

6. Заключение

УФ и ИК лучи трансформируют машинное зрение, позволяя выполнять задачи, невозможные при видимом свете. УФ излучение превосходно подходит для обнаружения скрытых дефектов, загрязнений и аутентификации; ИК обеспечивает проникновение, тепловизионное изображение и уменьшение бликов. По мере роста требований к точности в различных отраслях их роль будет возрастать — понимание их свойств помогает компаниям повышать качество, безопасность и эффективность.

Компания HIFLY имеет более чем 15-летний опыт производства в области освещения для машинного зрения. У нас есть профессиональная исследовательская и производственная команда. Если у вас есть какие-либо индивидуальные требования к инфракрасному или ультрафиолетовому освещению, пожалуйста, не стесняйтесь связаться с нами в любое время!