LED Beleuchtungstechnik - zuverlässige Lösungen für Machine-Vision und Bildverarbeitung
Eine Vielzahl verschiedener Beleuchtungsquellen, Beleuchtungsarten, Geometrien und Lichtfarben stehen zur Verfügung, wobei oft mit mehreren Arten gute Ergebnisse erzielt werden. Wie kann man feststellen, welche Beleuchtungslösung wirklich gut genug i
(PresseBox) - In der Anfangszeit der Bildverarbeitung waren die Beleuchtungsmöglichkeiten in verschiedener Hinsicht sehr begrenzt: Art der Lichtquelle, Stil, Geometrie und Farbe. Viele Sichtprüfungen waren unter Verwendung der einzigen verfügbaren Beleuchtungsmöglichkeit - einer Glühlampe mit weißem Licht als Punktlichtquelle - mehr oder weniger erfolgreich. Anwendungen, die eine strukturiertere, aufgabenspezifische Beleuchtung erforderten, waren normalerweise auf irgendeine Weise beeinträchtigt, wenn sie überhaupt funktionierten.
Heute stehen eine Vielzahl verschiedener Beleuchtungsquellen, Beleuchtungsarten, Beleuchtungsgeometrien und Lichtfarben zur Verfügung, wobei oft mit mehreren Arten oder Geometrien gleichermaßen gute Ergebnisse erzielt werden. Doch wie kann man bei dieser Unmenge an sich potenziell überlappenden Möglichkeiten feststellen, welche Beleuchtungslösung wirklich gut genug ist?
Es gibt drei Kriterien, die bei der Lösung eines Beleuchtungsproblems angesetzt werden können, alle beziehen sich auf den Bildkontrast:
1) Maximieren des Kontrasts bei den Merkmalen, die von Interesse sind, und
2) Minimieren des Kontrasts bei den Merkmalen (Hintergrund), die unwichtig sind
3) Schaffen einer zuverlässigen Lösung.
Dieses dritte Kriterium wird oft übersehen; es ist jedoch üblicherweise das beste Unterscheidungsmerkmal, um festzustellen, ob eine Beleuchtungslösung nur ausreichend ist oder wirklich zuverlässig funktioniert.
Es werden mehrere Beispiele aufgezeigt, die illustrieren, warum es so wichtig ist, dass eine Beleuchtungslösung nicht nur gut genug, sondern auch zuverlässig sein muß. Mit anderen Worten: Die Beleuchtungslösung muss bei einer Vielzahl geringfügiger Abweichungen des Prüfstücks, wie z. B. in Form, Größe, Ausrichtung, Farbe und Darstellung, effektiv und konsistent arbeiten.
Die Abb. 1a?1c zeigen eine Reihe von Bildern einer Prüfung, bei der das System den Barcode unter einer Zellophanfolie lesen muss. Das Bild in Abb. 1a wurde unter Verwendung von koaxialer diffuser Beleuchtung erzeugt und eignet sich aufgrund der Spiegelungen eindeutig nicht zum Lesen des Barcodes.
Abb. 1b zeigt die Ergebnisse der Anwendung mit Dunkelfeldbeleuchtung und mittlerem Auftreffwinkel; das Bild ist weitgehend frei von Spiegelungen durch die Folie, und die Beleuchtungslösung könnte daher als ausreichend betrachtet werden. Es besteht noch die Möglichkeit, dass das nächste Prüfstück eine besonders starke Falte aufweist, die den Code verdecken könnte, da die Spiegelreflexion nicht vollständig ausgeschaltet wurde. Das Bild in Abb. 1c zeigt dasselbe Prüfstück ohne Spiegelreflexion; diese Lösung ist daher nicht nur ausreichend, sondern tatsächlich zuverlässiger. Abb. oben zeigt die in Abb. 1c eingesetzte Beleuchtung und Geometrie.
Im folgenden Beispiel enthält das Bild in Abb. 2a eine Spiegelreflexion von einer Flasche, die mit einer typischen Systemgeometrie geprüft wurde: Koaxial-Ringleuchte und Kamera mit Ausrichtung senkrecht zur Oberfläche des Prüfstücks. Ein Polarisationsfilterpaar, von dem einer an der Beleuchtung und einer an der Kameralinse angebracht wurde, wird eingesetzt, um die Blendwirkung zu verhindern. Das Ergebnis kann als ausreichend betrachtet werden (Abb. 2b), doch es ist immer noch eine gewisse Blendwirkung erkennbar. Die Polarisation kann jedoch unwirksam sein, wenn die Form, Größe oder Ausrichtung der Flasche oder der Lichtauftreffwinkel verändert wird. Eine zuverlässigere Lösung besteht in der Änderung der räumlichen Anordnung von Prüfstück, Beleuchtung und Linse. In diesem Fall (Abb. 2c?2d) wurde das Licht schräg versetzt, und das Bild ist nun vollkommen frei von Spiegelreflexionen.
Das Muster einer Motorölflasche (Abb. 3a?3b) wurde ursprünglich mit weißem Licht bildlich erfasst, wobei der mit einer Punktmatrix gedruckte Chargencode auf der Flasche gut sichtbar war. Ein UV-Licht machte jedoch ein verdecktes Datum und einen Chargencode sichtbar, der ansonsten nicht erkennbar war. Dies ist also eine zuverlässigere Lösung, wenn der verdeckte Code bei der Prüfung erkannt werden soll.
Gedruckte Poststempel für kommerzielle Versandumschläge werden üblicherweise mit rotem LED-Licht geprüft (Abb. 4a). Das rote Licht ist eindeutig bei schwarzen Stempeln effektiv; jedoch kann kein Kontrast erzielt werden, wenn ein roter Poststempel mit einem roten Licht beleuchtet wird (Abb. 4b), und das System kann daher den Stempel nicht lesen. Die ursprüngliche Lösung mit dem roten Licht war ausreichend oder gut genug, aber nicht zuverlässig.
Das Lesen oder Verifizieren des purpurfarbenen Punktmatrixdrucks auf dem konkaven Boden einer Getränkedose aus Aluminium ist ein häufiges Prüfziel. Abb. 5a zeigt ein ausreichendes Bild, das mit axialer diffuser Beleuchtung erzielt wurde (siehe Abb. 5b). In diesem Fall ist das Bild akzeptabel, jedoch nur dann, wenn der Druck sich in der Mitte des Dosenbodens befindet. Mit einer diffusen Dome-Technik (Abb. 6a, 6b) erhält man eine zuverlässigere Lösung, die es der Software des Vision-Systems erlaubt, den Druck unabhängig von seiner Anordnung auf dem Dosenboden zu lesen oder zu verifizieren.
Wie oben gezeigt wurde, kann eine Beleuchtungslösung, die ausreichend zu sein scheint, sich als nicht zuverlässig genug erweisen, um alle Unterschiede bei den Prüfstücken abzudecken. Die einfachste Methode zur Vermeidung dieses Problems besteht darin, viele Prüfstücke zu testen - Prüfstücke mit allen möglichen Größen, Formen, Ausrichtungen, Farben, Konsistenzen und Darstellungen -, bevor die Entscheidung für eine Beleuchtungsart getroffen wird. Hilfreich ist auch eine gute Kontrolle der Umgebungslichtbedingungen, indem entweder eine Abschirmung oder ein farbiges Licht mit passendem Bandfilter eingesetzt werden. (Autor Daryl Martin)
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Datum: 06.04.2013 - 12:44 Uhr
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