Различия в источниках света для машинного зрения

В зависимости от используемого источника света в осветителях машинного зрения можно решить разные задачи. Популярными источниками в настоящее время являются светодиоды и ксеноновые лампы, значительно реже люминесцентные лампы.

Только светодиодные осветители соответствуют жестким требованиям, предъявляемым к промышленному оборудованию: срок службы, виброустойчивость, питание от низковольтного напряжения, низкая температура корпуса и т.д. Однако, почему используются другие источники, и в чем их преимущества? Давайте посмотрим на спектр излучения различных ламп.

Спектр излучения солнца

Посмотрите на излучаемый спектр от солнца и сколько излучения видит наш глаз, CCD и CMOS сенсоры камер. Камеры на кремниевом датчике способны увидеть значительно больше человека при естественном освещении, особенно в инфракрасном диапазоне (длина волны от 780 нм до 1000 нм - ближний ИК).

Спектр излучения светодиодов

Излучение от светодиодов совершенно не похоже на солнечный свет. Светодиод излучает свет определенного диапазона длин волн. Например, если светодиод красный, то его свечение будет заметно от 620 нм до 680 нм. В случае "белых" светодиодов (так их видит наш глаз), то они излучают много синего цвета, а люминофор, нанесенный на синий светодиод излучает оставшиеся зелено-красные спектры.

Для использования светодиодной подсветки в цветных системах машинного зрения необходимо настроить баланс белого - усиление различных цветовых спектров для балансировки цветовосприятия камерой. Современные камеры имеют встроенный алгоритм автокалибровки баланса белого, а также калибровки по цветовому шаблону - последнюю особенно важно произвести для инспекции оттенков цвета. 

Спектр излучения ксеноновой лампы

У ксеноновой лампы есть два преимущества:

1. Она способна выдавать очень мощный и короткий импульс свет, способный "заморозить" движущиеся объекты на снимке.
2. Ксеноновая лампа дает относительно равномерную интенсивность излучения в видимом диапазоне (410-700 нм).

Это позволяет использовать данный источник с цветными камерами в системах контроля цвета продукции.

Спектр люминисцентных ламп

Данные лампы еще встречаются в потолочном освещении офисов и производств. Они являются источниками равномерного света, исходящего с большой поверхности. Их применяют для освещения больших инспектируемых объектов, например контроль покраски автомобиля. В тоже время, их применение осложнено необходимостью повышения частоты переменного тока (вы замечали как пульсирует офисное освещение на камеру?). Поэтому для машинного зрения перерабатывают цепь питания данных ламп, чтобы избежать пульсации яркости на камере (частоту тока повышают драйвером до 20 кГц).

Спектр лампы накаливания

Данная лампа крайне редко используется в машинном зрении из-за малого срока службы и надежности, однако она выдает мощное излучение в ИК диапазоне. В зависимости от температуры накала нити вольфрама - меняется пик цветовой температуры лампы.