Izberite velikost svetlobnega strojnega vida

Tehnologija strojne vidnosti je pomembna os sodobne industrijske avtomatizacije in pametne proizvodnje, ki se pogosto uporablja pri pregledih, navigaciji, kontroli kakovosti in drugih področjih. Med njimi so 2D, 2.5D in 3D tehnologije vidnosti tri ključne tehnologije, od katerih ima vsaka različne značilnosti in uporabne primere.

I. Ozadje

Pri ocenjevanju sheme svetlobnega vira je pomembno vprašanje, ali je za svetlobni vir predviden primerni prostor.

Če med ocenjevanjem vnaprej ne izvedemo preskusov in preverjanja svetlobnega vira, lahko pozneje nastane težava, da je rezerviran prostor premajhen. Dejansko uporabni svetlobni vir je pogosto večji od predvidenega prostora, kar vpliva na projekt; če pa se uporabi majhen namestljiv svetlobni vir, da bi ustrezli velikosti, je velika verjetnost, da bo kakovost slikanja slaba in učinek osvetlitve nezadovoljiv zaradi neujemanja svetlobnega vira, kar vpliva na napredek celotnega projekta. Na koncu je vseeno potrebno prilagoditi namestni prostor glede na dejansko velikost svetlobnega vira, kar je časovno in delovno zahtevno.

Zato je zlasti pomembno, da se v zgodnji fazi ocenjevanja vizualnega načrta prav dobro oceni izbira svetlobnega vira. Trenutno večina vizualnih načrtov najprej izvede preskuse osvetlitve, da določi velikost in višino svetlobnega vira, nato pa oblikuje druge dele, kar bo v poznejši fazi močno pomagalo pri gladkem poteku celotnega projekta.

II. Primeri izbire

Spodaj sta prikazani dve sliki, ki primerjata učinke slikanja pri velikih in majhnih svetlobnih virih: slika 1 prikazuje, da zaradi majhnega svetlobnega vira svetlobna pika ne more pokriti celotnega vidnega polja; slika 2 prikazuje, da je velikost svetlobnega vira ustrezna, saj lahko pokrije celotno vidno polje z enakomernim splošnim učinkom in zaznavno jasnimi značilnostmi.

Kako lahko izberemo svetlobni vir ustrezne velikosti brez začetnih testov osvetlitve? Po pridobitvi testnih vzorcev moramo razumeti zaznavne lastnosti, oceniti vrsto in barvo optične poti svetlobnega vira ter po izbiri teh parametrov določiti potrebno velikost svetlobnega vira.

Obstajajo trije glavni kazalniki za osnovo ocene. Prvi kazalnik: način sevanja, obstajata dve vrsti načinov sevanja, in sicer frontalno sevanje in spodnje podsvetjevanje; drugi kazalnik: izbira leče, obstajata dve vrsti leč, in sicer FA leča in telecentrična leča; tretji kazalnik: delovna razdalja in velikost vidnega polja svetlobne strukture.

III. Način sevanja

Glede na frontalni način sevanja ocenimo, ali je površina preverjanega izdelka gladka in odsevna. Neodsevna površina ima nizke zahteve glede velikosti svetlobnega vira, pri čemer je primerna velikost svetlobnega vira približno 1/2 vidnega polja.

Osredotočimo se na odsevno površino kot primer za oceno izbire velikosti svetlobnega vira. Najprej je potrebno zaznati značilnosti na odsevni površini, svetlobna pega pa mora prekriti celotno vidno polje in ustvariti enakomerno sliko, kar bo omogočilo boljši kontrast.  

V istem trenutku moramo poznati tri parametre: velikost sredine cilja kamere, delovno razdaljo od kamere do površine detekcije in velikost zornega polja (dolžina in širina zornega polja ustrezata dolžini in širini kamera čipa). Drugič, če je objektiv FA objektiv, je potrebno poznati tudi parameter vključenega kota. Na ta način lahko dobimo projekcijski kot in odbojni kot kamele objektiva, kot je prikazano na naslednjih slikah (slika 3, slika 4, slika 5). Vidimo, da projekcija in odboj tvorita W-oblikovano sliko. Če je svetlobni vir zunaj projekcijskega kota (kot prikazano na sliki 3), bodo na odbojnem kotu svetleči madeži; če je svetlobni vir na kritičnem položaju odbojnega kota (kot prikazano na sliki 4), bo svetleči madež vidno na robu slikovnega polja; le, ko je svetlobni vir zunaj odbojnega roba (W) (kot prikazano na sliki 5), bo slika enakomerno osvetljena.

Enako velja za spodnje osvetljevanje z ozadji, vendar ni potrebno izračunati kota refleksije. Bolj ko je vir svetlobe oddaljen od površine detekcije, večja je razširjena širina projekcije. Pri izbiri ozadja za FA objektiv se lahko izračun in ocena izvedeta na ta način. Kot je prikazano na spodnji sliki:

IV. Izbor objektiva

Zgoraj opisani načini osvetlitve omenjata samo FA objektiv, slike in besedilo pa uporabljajo FA objektiv kot primer za referenco. Obstaja pa še ena vrsta objektiva, ki jo je treba pojasniti, in sicer pogosto uporabljen teleterski objektiv. Teleterski objektiv je v osnovi tipa z vzporedno svetlobno potjo, zato pri izbiri velikosti vira svetlobe z teleterskim objektivom potrebujemo le nekoliko večjo velikost kot dejansko vidno polje. Kot je prikazano na spodnji sliki:

V. Delovna razdalja in velikost vidnega polja strukture vira svetlobe

Ko so znani sredina cilja kamere, delovna razdalja, kot objektiva, delovna razdalja svetlobnega vira in vidno polje, se lahko s prepočunavanjem določi velikost svetlobnega vira. V istem času lahko uporabite tudi programske pakete, kot je CAD, da narišete grafo na podlagi teh parametrov, da vizualno vidite, kje je svetlobna pega svetlobnega vira in določite, ali je izbrana velikost svetlobnega vira primerna. Kot prikazuje spodnja slika:

Če je objektiv običajen FA objektiv, se lahko razmerje med delovno razdaljo svetlobnega vira (Wd) in dolžino površinskega svetila (L) dobi iz lastnosti podobnih trikotnikov:  

WD/(WD+wd)=FOV/L

Če je objektiv telednevni objektiv, mora biti namestni položaj izbranega svetlobnega vira tak, da zagotavlja  L > FOV.

Vi. Zaključek

V strojnem vidnem preglednem sistemu je izbira svetlobnega vira pomemben del. Pravilna izbira svetlobnega vira prispeva k gladkemu zaključku celotnega video sistema in primeren svetlobni vir lahko učinkovito prihrani stroške in namestitveni prostor mehanizma.