Выберите размер источника света для машинного зрения

Технология машинного зрения является важной частью современной промышленной автоматизации и интеллектуального производства, она широко применяется в таких областях, как инспекция, навигация, контроль качества и других. Среди них 2D, 2,5D и 3D технологии зрения являются тремя ключевыми технологиями, каждая из которых обладает различными характеристиками и сценариями применения.

I. История

При оценке схемы визуального источника света важно предусмотреть надлежащее пространство для визуального источника света.

Во время оценки, если тестирование и проверка источника света не будут выполнены заранее, на более позднем этапе может возникнуть проблема, при которой зарезервированное пространство окажется слишком маленьким. То есть фактически доступный источник света часто больше, чем изначально отведенное пространство, что влияет на проект; если для соблюдения требований по размеру используется небольшой устанавливаемый источник света, весьма вероятно, что качество изображения будет плохим, а эффект освещения — неудовлетворительным из-за несоответствия источника света, что также повлияет на ход всего проекта. В конечном итоге все равно потребуется изменить пространство установки в соответствии с фактическими размерами источника света, а весь процесс окажется трудоемким и занимает много времени.

Поэтому особенно важно хорошо выполнять оценку выбора источника света на раннем этапе при оценке визуальной схемы. В настоящее время большинство визуальных схем сначала проводят испытания освещения, чтобы определить размер и высоту источника света, а затем проектируют другие части, что окажет большую помощь для успешного развития всего проекта на более поздних этапах.

II. Примеры выбора

Ниже приведены два изображения, сравнивающих эффекты изображения больших и маленьких источников света: на рисунке 1 показано, что из-за маленького источника света световое пятно не может покрыть поле зрения; на рисунке 2 показано, что размер источника света подобран правильно, что позволяет покрыть все поле зрения, обеспечивает равномерный общий эффект и четко выраженные признаки детектирования.

Как выбрать источник света подходящего размера без предварительных испытаний освещения? После получения испытательных образцов необходимо понять особенности обнаружения, определить тип оптического пути и цвет источника света, и после выбора этих параметров можно определить требуемый размер источника света.

В качестве основы для выбора в основном используются три пункта. Первый пункт: режим освещения, существуют два типа режимов освещения, один — это переднее освещение, второй — подсветка снизу; Второй пункт: выбор объектива, бывают два типа объективов — FA-объектив и телецентрический объектив; Третий пункт: рабочее расстояние и размер поля зрения конструкции источника света.

III. Режим освещения

При оценке метода переднего освещения, нужно учитывать, является ли поверхность проверяемого продукта гладкой и отражающей. Для неотражающей поверхности требования к размеру источника света невысоки, достаточно источника света, составляющего около 1/2 поля зрения.

В качестве примера для выбора размера источника света рассмотрим отражающую поверхность. Прежде всего, необходимо определить характерные особенности на отражающей поверхности, пятно света должно охватывать все поле зрения и формировать равномерное изображение, что обеспечит лучший контраст.  

Одновременно должны быть известны три параметра: размер центра цели камеры, рабочее расстояние от камеры до поверхности обнаружения и размер поля обзора (длина и ширина поля обзора соответствуют длине и ширине чипа камеры). Во-вторых, если объектив является FA-объективом, также необходимо знать параметр угла раствора. Таким образом, можно получить угол проекции и угол отражения объектива камеры, как показано на следующих рисунках (Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5). Можно видеть, что проекция и отражение образуют фигуру в виде буквы W. Если источник света находится за пределами угла проекции (как показано на Рисунке 3), то в угле отражения будут световые пятна; если источник света находится в критическом положении угла отражения (как показано на Рисунке 4), световое пятно будет видно на краю поля зрения изображения; только когда источник света находится за пределами края отражения (W) (как показано на Рисунке 5), изображение будет иметь равномерный эффект.

Это же относится к нижнему подсвету, но нет необходимости рассчитывать угол отражения. Чем дальше источник света от поверхности обнаружения, тем больше расстояние расширенной ширины угла проекции. При выборе подсветки для объектива FA, это можно рассчитать и оценить таким образом. Как показано на следующем рисунке:

IV. Выбор объектива

Вышеупомянутые два режима освещения упоминают только объектив FA, а также изображения и текст приведены в качестве примера с объективом FA для справки. Существует еще один тип объектива, который необходимо пояснить — это широко используемый объектив с телескопическим полем. Объектив с телескопическим полем basically относится к типу параллельного оптического пути, поэтому при выборе размера источника света с телескопическим объективом нам нужно, чтобы он был немного больше, чем фактическое поле зрения. Как показано на следующем рисунке:

V. Рабочее расстояние и размер поля зрения конструкции источника света

После определения центра цели камеры и расстояния до объекта, угла объектива, расстояния от источника света до объекта и угла обзора, размер источника света можно рассчитать. В то же время можно использовать программное обеспечение, такое как CAD, для построения графики по заданным параметрам, чтобы визуально увидеть расположение светового пятна и определить, подходит ли выбранный источник света по размеру. Как показано на следующем рисунке:

Если объектив представляет собой обычный FA-объектив, соотношение между расстоянием от источника света до объекта Wd и длиной поверхности освещения L можно получить из свойств подобных треугольников:  

WD/(WD+wd)=FOV/L

Если объектив является телецентрическим, для выбранного источника света необходимо лишь убедиться, что  L > FOV.

VI. Заключение

В схеме инспекции машинного зрения выбор визуального источника света является важной частью. Правильный выбор схемы источника света способствует гладкому выполнению всей системы зрения, а подходящий источник света может эффективно сэкономить затраты и пространство установки механизма.