Освещение в обработке изображений

Если мне не удается прочитать текст, написанный на листе бумаги, то есть простое решение – поместить его под свет лампы. Если мне требуется разобрать слабо различимые контуры, я держу бумагу над источником света, благодаря которому контуры становятся видны. Другими словами, тип и интенсивность освещения играют важнейшую роль в распознавании объектов.

Это утверждение правдиво и для систем обработки изображений, в которых освещение – крайне важный фактор, наряду с камерой, сенсором, оптикой и программным обеспечением. Внешнее (дополнительное) искусственное освещение требуется в тех случаях, когда естественного освещения недостаточно или нас не устраивает его спектральный состав. Выделяя средства на оптимизацию освещения, вы снижаете последующие затраты на программирование и анализ изображений. По этой причине целесообразно как можно более ответственно подойти к вопросу выбора осветительной установки, идеально подходящей для ваших целей. Тщательно подобранная осветительная установка играет непосредственную роль в обеспечении качества изображения и наряду с этим определяет эффективность системы обработки изображений.

Как подобрать осветительную установку, подходящую для решения моих задач?

Несмотря на большое разнообразие осветительных установок, не стоит волноваться – в 80% случаев отличных результатов можно достичь с помощью одного из следующих решений:

кольцевая осветительная установка;
линейная осветительная установка (включая прожектора);
осветительная установка для контровой подсветки.

кольцевая осветительная установка; линейная осветительная установка (включая прожектора); осветительная установка для контровой подсветки.

Все большим спросом на рынке светотехники пользуются светодиодные осветительные установки. Они дешевле и эффективней, чем традиционные галогеновые и флуоресцентные.

Процедура выбора подходящей осветительной установки для вашей системы довольно проста. Сначала необходимо определить, какие свойства объекта должны быть видимы. Крайне важными являются характеристики оцениваемого объекта. Из какого материала он сделан? Отражает он свет или поглощает? Каковы его структура, геометрия и цвет? Значительную роль при выборе осветительной установки играет движение объекта, расстояние до него и условия естественного освещения. После определения этих факторов вам станет значительно проще подобрать осветительную установку подходящего типа или, по крайней мере, определиться с несколькими фаворитами.

Примеры применения

Важную роль играет угол освещения объекта. Ниже приведено несколько примеров, иллюстрирующих это.

Если система машинного зрения должна выявлять царапины, то рекомендуется использовать боковой свет. В этом случае царапины отражают свет в направлении камеры и становятся лучше видны.

Если же, наоборот, необходимо скрыть царапины, то объект лучше всего осветить с разных углов, например сверху с использованием кольцевой осветительной установки. Это предотвратит формирование теней и выведет на передний план другие характеристики объекта, такие как цвет и печатные элементы.

Красные леденцы в красном свете и обнаружение помятых фруктов: роль цвета в освещении

Чтобы добиться реалистичной цветопередачи, совместно с цветной камерой следует использовать белое освещение. При необходимости обнаружения связанных с цветом признаков (например, красных пятнышек на объекте съемки) цветопередача будет играть важную роль, хотя можно назвать и исключения. Во многих случаях эти признаки также проявляются на черно-белых изображениях, получаемых с монохромной камеры, с помощью цветного освещения. Представим себе ситуацию, в которой нам требуется отделить красные леденцы от синих. Фокус заключается в использовании красного света. Красные леденцы будут полностью отражать красный свет, поэтому будут очень яркими, в то время как синие леденцы будут поглощать свет и казаться очень темными. Этот пример демонстрирует, что источник света – краеугольный камень системы машинного зрения.

Монохромные источники света позволяют добиться более четкого изображения благодаря отсутствию хроматического эффекта, обусловленного использованием линз.

Красные леденцы в красном свете и обнаружение помятых фруктов: роль цвета в освещении

Другим вариантом является мигающее светодиодное освещение. Этот вариант следует применять только в том случае, если он не будет беспокоить присутствующих сотрудников. Преимущество мигающего света – уменьшенное тепловыделение, что позволяет задействовать осветительные установки в более ярком режиме в течение более длительного времени. Зачастую для настройки оптимальной частоты вспышек вам может потребоваться контроллер. Многие осветительные установки известных производителей по умолчанию оснащены простыми в управлении контроллерами.

Еще одно преимущество света определенной длины волны – возможность его использования для выявления свойств объекта, в противном случае невидимых. Это крайне эффективно, например, для обнаружения помятостей на фруктах, для чего применяется инфракрасный свет. Инфракрасный свет невидим для человеческого глаза.

Где купить качественную осветительную установку?

Многие заказчики предпочитают проектировать осветительные установки самостоятельно под свои нужды. Они считают такой вариант более дешевым и более подходящим для решения стоящих перед ними задач. При этом не учитывается тот факт, что на время работы над проектированием осветительной установки сотрудники вынуждены оставить без внимания свои непосредственные обязанности. Это может привести к недополучению компанией прибыли и, как следствие, к полному нивелированию предполагаемой экономии. По нашему опыту, самостоятельное проектирование целесообразно только в случае крайне специализированных решений и при наличии у штатных сотрудников соответствующих знаний.

Резюме

Выбор качественной осветительной установки – один из важнейших элементов успеха при построении системы обработки изображений для решения задач оптического контроля. Тщательно подобранная осветительная установка для системы машинного зрения играет решающую роль в обеспечении качества изображения и наряду с этим определяет эффективность всей системы. Другими словами, освещение – залог успеха при решении задач оптического контроля. Подобрать идеальную осветительную установку для вашей системы машинного зрения несложно. В 80% случаев достаточно использования кольцевой/линейной установки или установки для контровой подсветки, оснащенных светодиодными источниками света. В большинстве случаев вы сможете самостоятельно модифицировать или доработать осветительную установку, чтобы добиться требуемой яркости изображения.