Як вибрати джерело світла для машинного зору для вашого застосування

Якість зображення є одним із найважливіших чинників у системі машинного бачення, а освітлення часто визначає, чи зможе камера зафіксувати інформацію, необхідну для алгоритму перевірки. Навіть камера з високою роздільною здатністю може давати непослідовні результати перевірки, якщо освітлення підібрано неправильно. Саме тому вибір правильного світло машинного бачення слід розглядати як невід’ємну частину проектування системи, а не як остаточний вибір додаткового компонента.

Різні завдання перевірки мають різні вимоги до освітлення. Відбивна металева поверхня може потребувати контрольованого напрямленого освітлення, тоді як темний компонент може вимагати сильнішого контрасту. Прозорі об’єкти, вигнуті поверхні, друковані матеріали та мініатюрні дефекти можуть по-різному реагувати на один і той самий джерело світла.

Отже, як інженери мають обрати світло машинного бачення відповідь залежить від об’єкта інспекції, конфігурації камери, робочої відстані, поля зору, характеристик поверхні та необхідного контрасту зображення. Оцінивши ці фактори разом, інженери можуть обрати освітлення, яке забезпечує стабільне отримання зображень і надійну продуктивність інспекції.

Для виробників обладнання (OEM) та інтеграторів систем також корисно врахувати, чи постачальник освітлення пропонує різні формати освітлення й варіанти керування. Більш широкий портфель рішень для машинного зору може спростити підбір джерела світла під різні камери, об’єктиви та умови інспекції.

Розуміння об’єкта інспекції

Поверхневі характеристики

Поверхня об’єкта інспекції суттєво впливає на вибір освітлення. Чи є об’єкт дзеркальним, матовим, прозорим, напівпрозорим, текстурованим чи темним? Кожна поверхня взаємодіє зі світлом по-різному.

Дзеркальні поверхні можуть створювати блиск при прямому освітленні.

Матові поверхні, як правило, рівномірніше розсіюють світло.

Прозорі матеріали можуть створювати небажані відблиски або дозволяти світлу проходити крізь об’єкт.

Темні поверхні можуть вимагати потужнішого або більш сфокусованого освітлення, щоб виявити дрібні деталі.

Рельєфні поверхні можуть вигідно використовувати спрямоване освітлення, яке підкреслює зміни геометрії поверхні.

Розуміння цих характеристик допомагає інженерам визначити, яке освітлення машинного зору забезпечить найсильніший і найкорисніший контраст зображення.

Характеристики дефектів та ознак

Що саме потрібно виявити? Подряпина, край, надрукований символ, відсутній компонент, забруднення поверхні чи розмірна ознака — кожна з цих ознак може вимагати зовсім іншого освітлення.

Дрібні поверхневі дефекти часто вигідно освітлювати так, щоб створити сильний контраст між дефектом і навколишнім матеріалом.

Краї можна легше виявити, коли напрямок освітлення підкреслює межу.

Надруковані символи можуть вимагати рівномірного освітлення, щоб уникнути тіней та нерівномірної експозиції.

Тривимірні ознаки можуть вимагати спрямованого освітлення, щоб підкреслити зміни висоти або форми.

Тому світло для машинного зору слід вибирати залежно від ознаки, яку перевіряють, а не просто за зовнішнім виглядом продукту.

Підбір типу освітлення під завдання

Ring lights

Кільцеве освітлення зазвичай використовують, коли камера розглядає об’єкт зверху або вздовж центральної осі. Освітлення навколо об’єкта може забезпечити порівняно рівномірне освітлення багатьох об’єктів перевірки.

Кільцеве світло для машинного зору може бути корисним для перевірки етикеток, поверхонь, компонентів та відносно плоских об’єктів.

Різні робочі відстані можуть вимагати різних конструкцій кільцевого освітлення.

Кут освітлення також може впливати на те, наскільки чітко видно деталі поверхні.

Для дзеркальних об’єктів інженерам, можливо, доведеться враховувати розсіяну або малокутову конфігурацію.

Отже, кільцеве освітлення — це універсальна початкова точка, але його все одно слід вибирати з урахуванням геометрії об’єкта та характеристик його поверхні.

Лампи-палички

Світлодіодні планки забезпечують більш спрямоване освітлення, ніж багато конфігурацій кільцевих світлодіодів. Їх можна розміщувати навколо об’єкта інспекції згідно з необхідним кутом освітлення.

Це робить їх корисними, коли інженерам потрібно підкреслити краї, контури, текстури або спрямовані поверхневі особливості.

Кілька світлодіодних планок також можна розмістити навколо виробу, щоб створити різні схеми освітлення.

Положення та кут машинного зору світлодіода можуть суттєво впливати на кінцеве зображення.

Для великих зон інспекції світлодіодні планки забезпечують корисну гнучкість у покритті та розміщенні.

Інженери OEM мають враховувати наявний монтажний простір та робочу відстань при визначенні доцільності використання світлодіодних планок.

Заднє освітлення

Заднє освітлення часто застосовують, коли важливіший контур або силует об’єкта, ніж його поверхневий вигляд. Світло розміщують позаду об’єкта інспекції, щоб камера фіксувала контрастну форму.

Цей метод може бути дуже ефективним для розмірного контролю.

Він може допомогти чітко виявити зовнішні контури, отвори, щілини та краї завдяки високому контрасту.

Джерело світла для машинного зору, призначене для підсвічування ззаду, також може зменшити вплив колірності та текстури поверхні.

Для прозорих або напівпрозорих компонентів підсвічування ззаду може надавати особливо корисну інформацію про форму.

Головне — вибрати джерело світла з достатнім охопленням усього контрольного поля.

Оцінка яскравості та однорідності

Інтенсивність освітлення

Чи завжди краще більша яскравість? Не обов’язково. Надмірне освітлення може спричинити блиск, пересвітлення або небажані відблиски.

Необхідна інтенсивність залежить від чутливості камери, часу експозиції, діафрагми об’єктива, робочої відстані та матеріалу, що підлягає контролю.

Джерело світла для машинного зору має забезпечувати достатнє освітлення, щоб камера могла зафіксувати потрібні ознаки, не створюючи надмірної яскравості.

Інженери також повинні врахувати, чи потрібна регулювана яскравість під час введення системи в експлуатацію.

Для застосувань із різними варіантами продуктів регульоване освітлення може забезпечити додаткову гнучкість.

Метою має бути достатнє й кероване освітлення, а не максимальна потужність.

Рівномірність освітлення

Однаковість — ще один важливий фактор. Якщо деякі ділянки зображення значно яскравіші за інші, алгоритми обробки зображень можуть мати труднощі з встановленням стабільних порогових значень.

Нерівномірне освітлення може зробити дефект більш або менш помітним залежно від його положення.

Тому підходящий світлодіодний пристрій для машинного зору має забезпечувати освітлення, що відповідає необхідному полю зору.

Робоча відстань між джерелом світла та об’єктом перевірки також може впливати на однаковість.

Інженери мають тестувати повну комбінацію камери, об’єктива й освітлення, а не оцінювати джерело світла окремо.

Для складних завдань перевірки послідовне освітлення може мати таке саме значення, як і загальна яскравість.

Врахування робочої відстані та поля зору

Відстань монтажу

Де буде розташовано джерело світла щодо об'єкта? Відповідь може вплинути як на інтенсивність, так і на зону освітлення.

Світло для машинного зору може працювати по-різному на коротких і довгих робочих відстанях.

Якщо джерело світла розташовано надто далеко, освітлення може стати недостатнім.

Якщо його розташовано надто близько, картина освітлення може стати нерівномірною або спричинити небажані відблиски.

Також слід враховувати механічний зазор, коли продукт рухається через контрольну станцію.

Інженери тому повинні оцінювати фактичну відстань встановлення, а не покладатися лише на номінальні специфікації.

Зона огляду

Обране джерело світла має охоплювати площу, яку потрібно оглянути камерою. Невелике джерело світла може забезпечити недостатнє освітлення на великій зоні огляду.

Навпаки, використання надмірно великого джерела світла для машинного зору може ускладнити монтаж без суттєвих переваг.

Поле зору камери, розмір об’єкта та зона огляду слід враховувати разом.

Для більших виробів може знадобитися кілька джерел освітлення.

Розташування джерел світла має забезпечувати достатнє освітлення без надмірних тіней або нерівномірної яскравості.

Перевірка повного комплекту до фіналізації конструкції машини допоможе запобігти цим проблемам.

Узгодження освітлення з камерою та об’єктивом

Експозиції камери

Світло машинного зору та камера повинні розглядатися як єдина система отримання зображень. Налаштування експозиції камери впливають на те, скільки освітлення потрібно.

Яскравіше світло може дозволити скоротити час експозиції, що корисно для рухомих об’єктів.

Скорочення часу експозиції може зменшити розмиття руху під час швидкісного огляду.

Однак надмірна яскравість може призвести до пересвічення.

Тому світло машинного зору має забезпечувати достатню інтенсивність, залишаючись при цьому регульованим.

Інженери повинні оптимізувати освітлення та експозицію разом, а не налаштовувати лише один із цих компонентів.

Об’єктив та оптична геометрія

Об’єктив також впливає на те, як виглядає освітлення на отриманому зображенні. Робоча відстань, фокусна відстань, кут огляду та діафрагма всі впливають на кінцевий результат зображення.

Джерело світла для машинного зору, яке добре працює з одним типом об’єктива, може не забезпечити такого самого результату з іншим.

Кут між джерелом світла, об’єктивом та об’єктом перевірки може змінювати відблиски й тіні.

Це особливо важливо під час перевірки металевих або блискучих поверхонь.

Інженери OEM повинні протестувати фактичну оптичну конфігурацію до вибору остаточного розташування джерел світла.

Повна оцінка камери, об’єктива та джерела світла, як правило, ефективніша, ніж окремий вибір кожного компонента.

Урахування керування та інтеграції в систему

Регулювання яскравості

У деяких застосуваннях параметри освітлення потрібно налаштовувати під час введення в експлуатацію або виробництва. У таких випадках регульоване освітлення може бути корисним.

Світлодіодне джерело світла для машинного зору з регулюванням яскравості дозволяє інженерам оптимізувати контраст, не замінюючи фізично джерело світла.

Це також може сприяти адаптації до різних виробів або умов інспекції.

Для автоматизованого обладнання керування яскравістю можна інтегрувати з спеціалізованим контролером.

Підхожий розв’язок керування полегшує налаштування освітлення під час введення обладнання в експлуатацію.

Отже, інженери повинні враховувати як саме джерело світла, так і спосіб його керування.

Для застосувань, що вимагають вищої потужності випромінювання або точнішого керування, можна оцінити спеціалізований розв’язок керування потужним освітленням разом із обраним джерелом світла.

Синхронізоване освітлення

Синхронізоване освітлення корисне, коли об’єкти проходять через автоматизовану інспекційну станцію. Замість постійного ввімкнення джерела світла його активізацію можна синхронізувати з отриманням зображення.

Це може сприяти створенню узгоджених умов візуалізації.

Це також може зменшити тривалість непотрібного освітлення під час роботи на високих швидкостях.

Світло машинного зору, що використовується з тригеруванням, слід оцінювати разом із камерою та контролером автоматизації.

Час активації тригера має відповідати послідовності перевірки.

Для обладнання OEM така узгодженість може сприяти створенню більш відтворюваного процесу візуалізації.

Оцінка екологічних та механічних вимог

Промислові умови експлуатації

Де буде працювати система перевірки? У виробничих середовищах можуть бути пил, вібрація, зміни температури або безперервна робота.

Світло машинного зору має бути придатним для реальних умов експлуатації обладнання.

Інженери повинні враховувати конструкцію корпусу, відведення тепла, прокладання кабелів, спосіб кріплення та очікуваний час роботи.

Світлодіодні компоненти з високою потужністю можуть виділяти додаткове тепло, тому важливо забезпечити ефективне теплове керування.

Розташування світлодіодного компонента має запобігати його інтерференції з рухомими деталями обладнання.

Урахування цих умов на етапі проектування сприяє підвищенню стабільності системи протягом тривалого терміну експлуатації.

ОБСЛУГОВУВАННЯ ТА ЗАМІНА

Світлодіодні компоненти з часом можуть потребувати заміни або регулювання. Тому інженери OEM мають враховувати, наскільки легко доступним є світлодіодний компонент машинного зору.

Складнодоступне розташування світлодіодного компонента може збільшити тривалість технічного обслуговування.

Кабельні з’єднання мають бути розташовані так, щоб техніки мали безпечний доступ до них.

Кріплення має забезпечувати можливість точного повторного вирівнювання світлодіодного компонента після технічного обслуговування.

Якщо обладнання випускається партіями, стандартизовані конфігурації освітлення спрощують процес заміни.

Зручний доступ до компонентів зменшує простої та полегшує виконання планового технічного обслуговування.

Вибір світлодіодного компонента машинного зору для обладнання OEM

Поєднання продуктивності та вартості

Найбільш дороге світло для машинного зору не є автоматично найкращим вибором. Виробникам обладнання слід зосередитися на тому, чи забезпечує вибране світло потрібну якість зображення та ефективність інтеграції.

Простий огляд може не вимагати системи освітлення з високим вихідним потоком.

Вимоглива задача може виправдовувати більш потужне освітлення або складніше керування.

Також слід враховувати вартість монтажу, обладнання для керування, технічного обслуговування та заміни.

Інженери повинні оцінювати повний розв’язок у сфері освітлення, а не порівнювати лише ціну покупки.

Правильна рівновага — це конфігурація освітлення, яка забезпечує стабільні результати огляду без зайвих специфікацій.

Тестування перед остаточним вибором

Чому слід тестувати освітлення до завершення проектування? Тому що самі специфікації не можуть передбачити кожен результат отримання зображень.

Різні матеріали можуть по-різному реагувати на одне й те саме освітлення.

Незначні зміни кута падіння світла можуть суттєво впливати на відблиски та контраст.

Камера та об'єктив також можуть змінювати видиму продуктивність світла для машинного зору.

Тестування прототипів дозволяє інженерам оцінити реальну якість зображення в умовах, що наближені до реальних.

Цей процес може виявити проблеми, пов’язані з блиском, тінями, недостатньою яскравістю або нерівномірним освітленням, ще до масового виробництва.

Отже, для проектів OEM ранні тестування освітлення можуть зменшити ризики повторного проектування та введення в експлуатацію.

Рішення HIFLY для освітлення в застосуваннях машинного зору

Узгодження освітлення з вимогами системи

Вибір світла для машинного зору в кінцевому підсумку є рішенням щодо отримання зображень, а не просто вибором товару. Об’єкт перевірки, камера, об'єктив, робоча відстань, поле зору, яскравість та метод керування повинні працювати узгоджено.

HIFLY надає освітлення для машинного зору та пов’язані компоненти для застосувань промислової інспекції, забезпечуючи OEM-виробникам та інтеграторам систем варіанти для різних вимог щодо отримання зображень.

Ширший асортимент освітлювальних приладів спрощує порівняння різних структур освітлення перед остаточним визначенням архітектури системи.

Для застосувань із кількома незалежно керованими джерелами світла також можна розглянути багатоканальну опцію керування освітленням для координації освітлення в межах системи інспекції.

Головною метою завжди має бути створення стабільного зображення, що чітко демонструє об’єкт інспекції.

Коли освітлення вибирають, враховуючи повне застосування замість окремої специфікації, інженери OEM отримують більш стабільну й обслуговувану систему машинного зору.

Часті запитання

Який чинник є найважливішим під час вибору джерела світла для системи машинного зору?

Зазвичай найкращим початковим пунктом є об’єкт інспекції. Слід враховувати характеристики поверхні, тип дефекту, камеру, об’єктив, робочу відстань та необхідний контраст.

Чи завжди краще використовувати більш яскраве джерело світла для системи машинного зору?

Ні. Надмірна яскравість може спричинити блиск і пересвітлення. Ідеальна інтенсивність — це така, що забезпечує чітке й стабільне зображення.

Чи слід тестувати освітлення разом із камерою?

Так. Слід тестувати справжню камеру, об’єктив, об’єкт та розташування джерел світла разом, оскільки оптичні умови можуть суттєво впливати на якість зображення.

Коли корисне освітлення високої потужності?

Освітлення високої потужності може бути корисним, коли об’єкт перевірки потребує інтенсивнішого освітлення, робоча відстань є порівняно великою або застосування передбачає складні умови отримання зображень.