Виберіть розмір світла машинного бачення

Технологія машинного бачення є важливою складовою сучасної промислової автоматизації та інтелектуального виробництва, широко використовується у сфері контролю, навігації, забезпечення якості та інших галузях. Зокрема, 2D, 2,5D та 3D технології візуалізації є трьома ключовими технологіями, кожна з яких має різні характеристики та сфери застосування.

I. Попередній фон

При оцінці схеми візуального джерела світла важливо передбачити відповідне місце для візуального джерела світла.

Під час оцінки, якщо тестування та підтвердження джерела світла не виконані заздалегідь, на останніх етапах може виникнути проблема, пов'язана з недостатнім розміром передбаченого місця. Насправді доступне джерело світла часто буває більшим, ніж передбачене місце, що впливає на проект; якщо використовувати мале встановлюване джерело світла, щоб відповідати вимогам розміру, найімовірніше, якість зображення буде поганою, а ефект освітлення — незадовільним через невідповідність джерела світла, що також вплине на хід реалізації проекту. У кінцевому підсумку все одно доведеться змінювати встановлюване місце відповідно до фактичного розміру джерела світла, а весь процес забирає багато часу та зусиль.

Тому на початковому етапі оцінки візуальної схеми особливо важливо добре виконати вибір джерела світла. На даний момент більшість візуальних схем спочатку виконують випробування освітлення, щоб визначити розмір і висоту джерела світла, а потім проектують інші частини, що суттєво допоможе у забезпеченні плавного розвитку всього проекту на наступних етапах.

II. Випадки вибору

Нижче наведено два зображення, які порівнюють візуальні ефекти великих і малих джерел світла: на рисунку 1 показано, що через мале джерело світла пляма світла не може повністю охопити поле зору; на рисунку 2 показано, що розмір джерела світла є оптимальним, воно може повністю охопити все поле зору, загальний ефект є рівномірним, а виявлені ознаки — чіткими.

Як ми можемо вибрати джерело світла відповідного розміру без попередніх випробувань освітлення? Після отримання тестових зразків потрібно зрозуміти ознаки виявлення, визначити тип оптичного шляху та колір джерела світла, а після вибору цих параметрів можна визначити необхідний розмір джерела світла.

Є три основні пункти, які є вихідною основою. Перший пункт: режим опромінення, існують два типи режимів опромінення, один — це фронтальне опромінення, другий — підсвічування знизу; Другий пункт: вибір об'єктива, існують два типи об'єктивів, а саме FA-об'єктив та телецентричний об'єктив; Третій пункт: робоча відстань та розмір поля зору конструкції джерела світла.

III. Режим опромінення

Виходячи з фронтального режиму опромінення, чи є поверхня перевірного продукту гладенькою та відбиваючою, поверхня без відблиску має низькі вимоги до розміру джерела світла, достатньо джерела світла приблизно 1/2 від поля зору.

Зосереджуючись на відбивній поверхні, як прикладі, щоб визначити, як обирати розмір джерела світла, перш за все, необхідно виявити ознаки на відбивній поверхні, а світлове пляма має охоплювати весь діапазон зору й утворювати однорідне зображення, що забезпечить кращий контраст.  

Одночасно мають бути відомі три параметри: розмір центру цілі камери, робоча відстань від камери до поверхні виявлення та розмір поля зору (довжина і ширина поля зору відповідають довжині і ширині камери чіпа). По-друге, якщо об'єктив є FA-об'єктивом, також необхідно знати параметр кута. Таким чином, можна отримати кут проекції та кут відбиття об'єктива камери, як показано на наступних малюнках (Мал. 3, Мал. 4, Мал. 5). Можна побачити, що проекція і відбиття утворюють фігуру у формі літери W. Якщо джерело світла знаходиться поза кутом проекції (як показано на Мал. 3), то в куті відбиття будуть світлові плями; якщо джерело світла знаходиться на критичній позиції кута відбиття (як показано на Мал. 4), то світлова пляма буде видно на краю поля зору зображення; лише коли джерело світла знаходиться поза краєм відбиття (W) (як показано на Мал. 5), можна отримати рівномірний ефект зображення.

Те саме стосується нижнього підсвічування, але обчислювати кут відбиття не потрібно. Чим далі джерело світла від поверхні виявлення, тим більша розширена відстань проекційного кута. При виборі підсвічування для об'єктива FA, це можна обчислити і оцінити таким чином. Як показано на наступному малюнку:

IV. Вибір об'єктива

Вищевказані два режими підсвічування згадують лише об'єктив FA, а зображення та тексти також наведені як приклад для довідки з використанням об'єктива FA. Потім є ще один тип об'єктива, який потрібно пояснити, тобто звичайно використовуваний телецентричний об'єктив. Телецентричний об'єктив в основному має паралельний оптичний шлях, тому при виборі розміру джерела світла з телецентричним об'єктивом нам потрібно лише трохи більше, ніж фактичне поле зору. Як показано на наступному малюнку:

V. Робоча відстань і розмір поля зору конструкції джерела світла

Після визначення центру камери, відстані до об'єкта, кута об'єктива, відстані до джерела світла та поля зору, розмір джерела світла може бути визначений шляхом розрахунків. У той же час, можна використовувати програмне забезпечення, таке як CAD, для створення креслень за заданими параметрами, щоб наочно побачити, де буде пляма світла від джерела, і визначити, чи підходить обраний розмір джерела світла. Як показано на зображенні нижче:

Якщо об'єктив є звичайним FA-об'єктивом, співвідношення між відстанню до джерела світла Wd і довжиною поверхневого світла L можна отримати з властивостей подібних трикутників:  

WD/(WD+wd)=ПЗ/L

Якщо об'єктив є телецентричним, положення встановлення обраного джерела світла має лише забезпечувати, щоб  L > ПЗ.

VI. Висновок

У схемі машинного зору вибір візуального джерела світла є важливою частиною. Правильний вибір схеми освітлення сприяє гладкому завершенню всієї системи зору, а також відповідне джерело світла може ефективно зекономити витрати та місце для встановлення механізму.