隨著機(jī)器視覺技術(shù)和能力的進(jìn)步，新的應(yīng)用程序不可避免地出現(xiàn)，幫助最終用戶以新穎的方式提高效率和生產(chǎn)力。 不斷發(fā)展的機(jī)器視覺空間中的一個(gè)不變因素是對(duì)高質(zhì)量、一致的照明的需求。 機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)和規(guī)范的新挑戰(zhàn)需要一種創(chuàng)新的照明選擇方法。

找到合適的光強(qiáng)度

由于行業(yè)需求，照明選項(xiàng)必須擴(kuò)展以適應(yīng)不斷提高的速度、分辨率和高級(jí)應(yīng)用。 這些要求通常與更少的曝光時(shí)間相關(guān)。 作為補(bǔ)償，最好的通用解決方案是均勻分布的高強(qiáng)度照明和短曝光時(shí)間。

LED 是一種常見的高效強(qiáng)光源，可以解決這些光強(qiáng)度挑戰(zhàn)。 在非連續(xù)應(yīng)用中，可以以更高的電流對(duì) LED 施加脈沖，從而將輸出提高三到八倍。 這通常被稱為過載。 這樣做可以提供更大的光強(qiáng)度，但會(huì)帶來時(shí)間挑戰(zhàn)。 在不降低圖像質(zhì)量的情況下提供全光強(qiáng)度需要精確控制脈沖速率和形狀。

這些快速快門事件的理想脈沖形狀是方波。 脈沖兩側(cè)的緩慢邊緣會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)模糊。 為了提供均勻分布的高強(qiáng)度光，LED 必須在整個(gè)快門周期內(nèi)達(dá)到并保持 100% 的強(qiáng)度。 外部 LED 驅(qū)動(dòng)器可能具有來自布線的寄生阻抗，這會(huì)導(dǎo)致更寬的脈沖和傾斜邊緣，從而導(dǎo)致系統(tǒng)抖動(dòng)和圖像模糊。

內(nèi)部 LED 驅(qū)動(dòng)器在快速達(dá)到 0% 到 100% 和 100% 到 0% 強(qiáng)度時(shí)面臨的挑戰(zhàn)更少。 這些快速的開/關(guān)周期創(chuàng)建了一個(gè)方形的信號(hào)脈沖形狀，可以與快門速度緊密匹配，以實(shí)現(xiàn)更好的高速機(jī)器視覺。

圖 1：脈沖形狀與其絕對(duì)強(qiáng)度一樣重要。雖然氙燈（黑線）的強(qiáng)度相對(duì)較高，但由于脈沖控制不佳，只有 10% 的光有效。帶有外部控制器的 LED 光源（紅線）顯示出通常與外部驅(qū)動(dòng)器相關(guān)的不可避免的寄生阻抗。在主板（藍(lán)線）附近集成驅(qū)動(dòng)器和控制器的集成架構(gòu)允許 LED 在 300-500 ns 時(shí)間范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)全功率，并提供持續(xù)時(shí)間在微秒范圍內(nèi)的可重復(fù)、高強(qiáng)度脈沖。

脈沖速率和形狀在高速應(yīng)用中很重要，因?yàn)檫^驅(qū)動(dòng)的 LED 具有有限的占空比，因此每一微秒都很重要。 例如，如果一個(gè)過驅(qū)動(dòng)的 LED 具有 10% 的占空比并且脈沖持續(xù) 1 ms，則它必須再保持關(guān)閉 9 ms。LED 需要保持點(diǎn)亮以提供高質(zhì)量、高強(qiáng)度、均勻分布的光的時(shí)間越長(zhǎng)，占空比越長(zhǎng)，從而導(dǎo)致每秒捕獲的圖像越少。

在超速模式下運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)損壞 LED。 此外，不同的波長(zhǎng)或顏色具有不同的最大電流。 在不損壞 LED 的情況下最大化光輸出需要使用當(dāng)今市場(chǎng)上可用的高級(jí)驅(qū)動(dòng)器。 這些驅(qū)動(dòng)器使用微處理器來提供可重復(fù)的強(qiáng)度控制脈沖。 此類驅(qū)動(dòng)器應(yīng)該能夠自動(dòng)設(shè)置每個(gè) LED、波長(zhǎng)和應(yīng)用的限制。

通過使用智能集成 LED 驅(qū)動(dòng)器可以解決光強(qiáng)度挑戰(zhàn)并最大限度地減少模糊，尤其是在高速應(yīng)用中，該驅(qū)動(dòng)器能夠安全地超速驅(qū)動(dòng) LED 以最大限度地提高照明輸出。 使用微處理器的高級(jí)照明解決方案還可以提供諸如可以動(dòng)態(tài)改變其強(qiáng)度的自適應(yīng)照明等功能。 在移動(dòng)視野 （FOV） 或在覆蓋區(qū)域上聚焦以改變角度、方向或突出顯示特定對(duì)象時(shí)也可以找到這種場(chǎng)合。

尋找正確的視野

動(dòng)態(tài)改變系統(tǒng) FOV 的能力需要智能機(jī)器視覺解決方案。 如果一個(gè)物體太遠(yuǎn)或太近，它會(huì)對(duì)圖像質(zhì)量產(chǎn)生重大影響，尤其是在高速時(shí)。 連接的設(shè)備正在推動(dòng)更高水平的集成、控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 自適應(yīng)智能機(jī)器視覺解決方案在很大程度上依賴于優(yōu)化與相機(jī)和視覺系統(tǒng)的即插即用集成，以便它們無縫協(xié)同工作。

為了提供適用于自適應(yīng)機(jī)器視覺系統(tǒng)的即插即用解決方案，許多公司設(shè)計(jì)了預(yù)建的視覺系統(tǒng)。 除了面向未來的視覺系統(tǒng)之外，基于組件的視覺解決方案還可以提供相同的優(yōu)勢(shì)。 與預(yù)建相比，基于組件的系統(tǒng)更靈活，會(huì)隨著需求或技術(shù)而變化。

例如，提高高級(jí)視覺檢測(cè)系統(tǒng)的處理能力可能有助于捕捉隨著時(shí)間的推移機(jī)器磨損的細(xì)微變化，從而改進(jìn)系統(tǒng)。 預(yù)建系統(tǒng)很難或不可能升級(jí)，并且可能有限或嚴(yán)重依賴外部光源。 在研究自適應(yīng)智能機(jī)器視覺解決方案時(shí)，請(qǐng)考慮以下幾點(diǎn)：

• 可擴(kuò)展性
• 靈活性
• 處理限制
• 照明解決方案
• 技術(shù)發(fā)展的速度

工業(yè)界的一個(gè)共同主題是事半功倍。 單線處理多個(gè)產(chǎn)品、包裝和流程。 使用具有自適應(yīng)照明的高級(jí)視覺系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)更改其 FOV 以適應(yīng)需求和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 例如，一個(gè) 10 度的鏡頭可以在狹窄的區(qū)域內(nèi)提供最大的投影。 對(duì)于較大的區(qū)域，可以使用 50 度廣角鏡頭。 先進(jìn)的解決方案可以將一排三個(gè) LED 與 10 度、30 度和 50 度透鏡混合和匹配，以實(shí)現(xiàn) 10 到 50 度之間的均勻、均勻的 FOV。 這種靈活性適用于具有各種尺寸包裝的包裝線。 自適應(yīng)光可以調(diào)整到每個(gè)盒子的高度，以減少誤讀標(biāo)簽。

另一個(gè)應(yīng)用是機(jī)器對(duì)機(jī)器的點(diǎn)膠檢測(cè)，例如噴漆或涂膠。 持續(xù)的運(yùn)動(dòng)需要一個(gè)自適應(yīng)智能系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以記錄、跟蹤和驗(yàn)證流程是否在規(guī)范范圍內(nèi)完成，而不會(huì)占用節(jié)拍時(shí)間或占地面積。 檢查過程可能還需要高分辨率圖像來檢測(cè)小的缺陷。

使用先進(jìn)的視覺照明解決方案，通過 8 英寸 FOV 以每小時(shí)約 100 英里的速度發(fā)射乒乓球以獲得此圖像。光以 1.5 mS 間隔的四個(gè) 10 uS 脈沖超速頻閃。球在焦點(diǎn)上，刻字和標(biāo)志清晰可辨。

線掃描成像照明挑戰(zhàn)

先進(jìn)的視覺和檢測(cè)流程正在推動(dòng)相機(jī)分辨率的提高。 隨著相機(jī)分辨率的增加，像素大小通常會(huì)減小。 較小的像素通常與降低的全阱容量（像素在引入飽和之前存儲(chǔ)光生電荷的能力）有關(guān)。 可以通過增加增益進(jìn)行補(bǔ)償來增加光靈敏度，但這也會(huì)放大圖像噪聲。 隨著像素尺寸的縮小和幀速率的增長(zhǎng)，公司需要能夠與其他機(jī)器視覺技術(shù)保持同步的技術(shù)。

為了在更高的速度和光強(qiáng)下保持質(zhì)量，更大的像素可以提供更大的全阱容量。 線掃描相機(jī)通常與更大的像素和更大的光強(qiáng)度相關(guān)聯(lián)，以高速捕獲單條線。 挑戰(zhàn)在于光線不遵循一條線，因此會(huì)丟失一些光線，這使得 FOV 很重要。 此外，減小 FOV 會(huì)增加放大倍數(shù)。 如果沒有自適應(yīng)鏡頭，較小的 FOV 需要相應(yīng)較高的光強(qiáng)度。 一些線掃描相機(jī)中的小 FOV 對(duì)于增加光強(qiáng)度是不切實(shí)際的。

在連續(xù)應(yīng)用中，區(qū)域掃描相機(jī)可以增加照明強(qiáng)度以捕捉傳送帶的一部分、關(guān)閉并在錯(cuò)過已通過的部分之前再次掃描。 線掃描相機(jī)要做到這一點(diǎn)，它必須連續(xù)掃描。 線掃描相機(jī)的 LED 不會(huì)有關(guān)閉周期。 對(duì)于零件連續(xù)移動(dòng)的檢測(cè)應(yīng)用，與面掃描相機(jī)相比，線掃描相機(jī)通常是一種具有成本效益的解決方案。 但是，如果沒有自適應(yīng)智能視覺解決方案，并且取決于速度和 FOV，線掃描相機(jī)可能變得不切實(shí)際。

為了解決這一挑戰(zhàn)，公司可能會(huì)選擇使用雙條線燈。 這些類型的產(chǎn)品具有智能功能，是前兩個(gè)挑戰(zhàn)的結(jié)合，它們無縫地協(xié)同工作，提供必要的 FOV 和強(qiáng)度，使線掃描相機(jī)成為實(shí)用、經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。此外，如果使用區(qū)域掃描相機(jī)，或者以后升級(jí)到，照明很容易適應(yīng)新技術(shù)。 雙條燈可以通過藍(lán)牙連接以改變強(qiáng)度、FOV 等，因?yàn)榫€條會(huì)隨著時(shí)間的推移而變化。

隨著行業(yè)要求更高的速度，以及更多的更少，機(jī)器視覺提供了一個(gè)解決方案。 在為您的應(yīng)用研究解決方案時(shí)，請(qǐng)務(wù)必考慮光強(qiáng)度、FOV 和線掃描相機(jī)方面的挑戰(zhàn)。 尋找能夠處理和適應(yīng)生產(chǎn)速度和不斷變化的技術(shù)的智能照明解決方案。 具有基于組件的自適應(yīng)智能軟件的靈活硬件將幫助您的公司保持在機(jī)器視覺解決方案的領(lǐng)先地位。

編輯：黃飛