画像処理における照明

暗くて紙に書かれている内容が読み取れない場合、通常はランプを使って文字を照らすと思います。そして、文字がかすれている場合は、もっとよく見えるように紙を持ち上げて光を当てます。つまり、文字が見えるかどうかは、照明の種類や強さに大きく左右されているのです。

これは画像処理システムにおいても同様で、照明はカメラ、センサー、レンズ、ソフトウェアと並ぶ非常に重要な要素です。自然光の光量が不十分であったり、光の質が合わなかったりする場合は、外部から（追加の）人工照明を使用することがよくあります。最適な照明を構築するために投資を行うことは、プログラミングや画像の分析にかかるコストの削減につながります。そのため、時間をかけてお使いの用途に合った照明を十分に吟味することが大切です。慎重な照明選びが画質や画像処理システムの効率性に直接影響するのです。

お使いの用途に合った照明の選び方

照明の種類や手法には実に様々なものが存在していますが、以下の3つの照明のいずれかを使えば、8割の用途がうまく機能します。

リングライト
バーライト（スポットライトを含みます）
バックライト

最近の照明業界では、ハロゲンランプや蛍光灯などの照明よりも安くて性能がいいLEDに移行する動きが見られます。

お使いのシステムに合った照明を選ぶ手順は実に簡単です。まず、撮影する対象物について把握します。どのような素材で作られているのか、光を反射、吸収するか、どのような構造、形状、色をしているかなど、対象物の特徴を評価することは非常に重要です。対象物が動いている場合は、周囲の照明条件や対象物までの距離も照明選びに影響します。これらの要素が明らかになれば、適切な種類の照明を比較的簡単に選べるだけでなく、少なくとも候補となる照明のリストを作成できます。

導入事例

対象物のどの角度から照明を当てるかも重要です。その理由について、ここでいくつかの例を挙げてみましょう。

ビジョンシステムを使用してキズを検出したい場合は、光を横から当てることをおすすめします。こうすることでキズが入ってきた光をカメラ側に反射し、明るく見えます。

反対に、キズが見えないように隠したい場合は、リングライトを上に設置するなど、様々な角度から対象物に光を当てて影ができないようにしながら、色や印刷された文字などはきちんと見えるようにすると良いでしょう。

照明の色の役割：赤いキャンディーへの赤色光の照射、凹みの検出

忠実な色再現性が必要な場合は、カラーカメラと白色照明を組み合わせて使用しなければなりません。色の特徴を検出する必要がある場合は（対象物の上に赤い点があるなど）、ほとんどの場合で高い色再現性が必要となります。多くの場合、カラー照明を使用すれば、これらの特徴をモノクロカメラで撮影したモノクロ画像に映し出すことも可能です。例えば、検査作業で赤いキャンディーと青いキャンディーを分別する必要がある場合を想像してみてください。ここで重要なポイントになるのが赤い光を使用することです。赤いキャンディーは赤い光を完全に反射するため、非常に明るく見えますが、青いキャンディーは赤い光のほとんどを吸収するため、暗く見えます。このように、ビジョンシステムにおいて光源は非常に重要です。

通常、単色の光源を使用すれば、鮮明な画像が撮影できます。これは、レンズによる色収差が起きないためです。

このほかに、LEDフラッシュ光を使用する方法もありますが、周囲の人間に影響を与えない場合に限られます。フラッシュ光を使うメリットは、熱の発生が少ないため、照明モジュールの明るさを上げてより長い時間使える点にあります。フラッシュ光を最適な状態に制御するにはコントローラーが必要になりますが、多くのフラッシュ照明システムにはすでにコントローラーが内蔵されており、設定も簡単になっています。

特定の波長を持つ光の場合は、目には見えない特性を撮影できるというメリットがあります。特に効果的な用途として、例えば近赤外光を使用した果物の凹みの検出があります。その際、人間の目に近赤外光は見えません。

適切な照明システムを購入には？

多くのお客様は、各自の用途で使う照明システムを自身で構築しようとします。これは確かに最もコストがかからない最適なソリューションですが、社内スタッフが通常の業務を行わずに照明システムの構築に取り組まなければならないという事実が見過ごされがちです。これに伴う損失と予想していたコスト削減額とを比較してみることも非常に重要なのです。当社の経験によると、照明の自社設置は非常に専門的なソリューションやカスタマイズを要する用途で、しかも照明に関する豊富なノウハウを持った社内スタッフがいる場合にのみ意味があります。

まとめ

各種検査作業を行う画像処理システムをスムーズに構築するためには、適切な照明を選ぶことが必要不可欠となります。照明を慎重に選ぶことは、画質やシステムの効率性に直接影響します。つまり、照明によって実際の検査作業の効率性が左右されるのです。お使いのビジョンシステムに合った照明を選ぶことは、決して難しいことではありません。LEDのリングライト、バーライト、バックライトのいずれかがあれば、8割の用途がうまく機能します。多くの場合、照明に少しの調整や改善を加えるだけで、画像の明るさを向上させることができます。