Light in Machine Vision
Wie Sie die richtige Beleuchtung finden
Die Beleuchtung in einem Vision System wird oft bei der Planung vernachlässigt. Dabei ist sie entscheidend für Bildqualität und Effizienz. Ohne die richtige Lichtquelle entstehen Reflexionen, zu dunkle oder überbelichtete Bereiche. Achten Sie daher auf eine passende Beleuchtungstechnik, die zum Einsatzzweck und idealerweise zum restlichen System passt. Erfahren Sie, welche Beleuchtung für Ihr System geeignet ist und worauf Sie bei der Auswahl achten sollten.
Leuchtenarten in Machine Vision
Die Wahl der richtigen Beleuchtung ist entscheidend für die Effektivität einer Inspektionsaufgabe: Für das Erkennen von Rissen werden andere Leuchten verwendet als für das Unterscheiden von Farben. In der industriellen Bildverarbeitung kommen LED-Lichter am häufigsten zum Einsatz. Diese sind preiswerter und effizienter als z. B. Halogenlampen oder Leuchtstoffröhren.
Balkenleuchten
Das Licht kommt aus einem geraden Balken und leuchtet die Fläche gleichmäßig aus. Es ist auch möglich mehrere Balkenleuchten zu kombinieren, sodass das Motiv bzw. das Objekt von verschiedenen Seiten ausgeleuchtet wird. Durch Balkenlichter lassen sich gezielt nur bestimmte Teile eines Objekts beleuchten, was bei manchen Anwendungen notwendig ist. Sie kommen häufig in Kombination mit einer Dunkelfeldbeleuchtung zum Einsatz. So lassen sich Oberflächen sehr gut auf Kratzer und Auffälligkeiten untersuchen.
Ringlicht
Eine Ringbeleuchtung ist kreisförmig und leuchtet das Objekt gleichmäßig aus, ohne dabei einen Schatten zu werfen. Ringlichter sind eine typische Art der Frontlichtbeleuchtung und erhöhen aufgrund der Ausleuchtung den Kontrast auf Bildern. Die Lichter sind gut anpassbar und gelten als „Allrounder“ in der Lichttechnik. Besonders gerne werden sie bei Arbeiten in der Qualitätskontrolle mit zylindrischen Objekten verwendet, da sie diese durch die runde Form gleichmäßig von außen beleuchten.
Hintergrundbeleuchtung
Bei dieser Technik der Beleuchtung wird das Objekt gleichmäßig von hinten beleuchtet. Damit werden Umrisse gut aufgenommen oder das Objekt durchleuchtet. So lassen sich z.B. Löcher, Blasen oder Kratzer sehr gut auffinden und darstellen. Auch bei der Qualitätskontrolle von Etiketten und bedrucktem Papier ist die Hintergrundbeleuchtung ein wichtiger Standard. Jedoch gehen sämtliche Informationen zur Oberflächen-Beschaffenheit verloren.
Einfluss von Einfallswinkeln in der Beleuchtung
Der Einfallswinkel der Beleuchtung auf das Objekt spielt eine wichtige Rolle in der Bildverarbeitung. Je nach Einfallswinkel werden unterschiedliche Merkmales eines Objekts dargestellt oder ausgeblendet.
Kratzer erkennen
Möchten Sie mit dem Vision System Kratzer erkennen, dann empfiehlt sich, Licht von der Seite einzusetzen. Der Kratzer reflektiert das streifend einfallende Licht in Richtung Kamera und erscheint hell.
Kratzer ausblenden
Möchten Sie Kratzer ausblenden, beleuchten Sie das Objekt aus vielen verschiedenen Winkeln, z. B. von oben mit einem Ringlicht. Dadurch entstehen keine Schatten und andere Merkmale wie Farbe oder Aufdruck werden ohne Störungen erkennbar.
Light in Machine Vision: Farbiges Licht und Wellenlängen
Bei der Bildverarbeitung können Sie sich noch weitere Eigenschaften von Licht zu Nutze machen. Je nachdem, in welchen Wellenlängen es auf verschiedene Materialien auftrifft, wird es gebrochen, absorbiert, geleitet oder reflektiert. Bei Vision Systemen und deren Beleuchtungstechnik ist die Absorption und Reflektion besonders hervorzuheben.
Farbe in der Qualitätssicherung
Ob ein Objekt Licht reflektiert, bricht oder absorbiert, hängt von seinen physikalischen Eigenschaften ab. Spiegel reflektieren Licht, Wasser und Luft brechen es. Absorbierende Materialien wandeln es in Wärme um, wie z. B. aufgeheizte Oberflächen im Sommer. Gegenstände reflektieren die Farbe, die sie selbst haben: Ein roter Gegenstand reflektiert rotes Licht, ein blauer absorbiert es.
Diese Gegebenheiten lassen sich in der Qualitätssicherung nutzen: Mit einer monochromen Kamera und rotem Licht erscheinen rote Objekte hell, blaue hingegen dunkel. Jedoch sorgen monochrome Lichtquellen häufig für eine schärfere Abbildung, da chromatische Effekte des Objektivs ausgeschlossen sind.
Nicht sichtbare Wellenlängen
Licht ist für das menschliche Auge im Bereich von 400 bis 700 Nanometern sichtbar, da es in diesem Spektrum verschiedene Farben annimmt. Licht jenseits dieses sichtbaren Spektrums kann Merkmale zum Vorschein bringen, die für Menschen sonst unsichtbar sind: So lassen sich Druckstellen an Obst besonders gut mit Infrarot (IR)-Licht detektieren. Dafür eignen sich SWIR-Kameras und spezielle SWIR-Beleuchtungen.
Koordination Ihrer Beleuchtungstechnik
Beleuchtung ist nur ein Teil des Vision Systems. Jedoch ist die Wahl der Beleuchtungstechnik ausschlaggebend für die Bildqualität: Die Qualität der Lichtquelle kann nicht durch andere Komponenten ausgeglichen werden. Befassen Sie sich daher bei der Zusammenstellung Ihres Vision Systems ausgiebig mit dem Thema Beleuchtung.
So wählen Sie Ihre Beleuchtung
Zunächst grenzen Sie die Objektmerkmale ein, die Sie sichtbar machen möchten. Weiterhin sind verschiedene Eigenschaften des betrachteten Objektes wichtig. Aus welchem Material besteht es? Reflektiert oder absorbiert es das Licht? Außerdem: Um welche Struktur, Geometrie und Farbe geht es? Darüber hinaus beeinflussen der Bewegungszustand sowie gegebene Lichtverhältnisse und der Abstand zum Objekt die Wahl der Beleuchtung.
Anhand dieser Faktoren können Sie die Beleuchtung treffsicher bestimmen. Zur zusätzlichen Unterstützung gibt Ihnen unser Illumination Advisor individuelle Produktempfehlungen. Er führt Sie Schritt für Schritt zu einer Auswahl an abgestimmten Beleuchtungen.
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