Transcript X - ELAUTEC

Slide 1

Technologia Evenlite®

Oświetlenie w systemach
wizyjnych
ELAUTEC S.C.

E-mail: [email protected]
[email protected]
WWW: www.visionlab.pl
2005

1


Slide 2

Cele prezentacji
- Porównanie różnych źródeł światła

- Przegląd oświetlenia do systemów wizyjnych
- Przykładowe aplikacje
- Światło poza widzialnością – zastosowanie
podczerwieni (IR) i ultra-fioletu (UV)

- Przegląd filtrów przepustowych i polaryzujących
- Analiza metod standardowego oświetlenia
oraz technologia Evenlite
2005

2


Slide 3

Źródła światła
- Diody LED
- Halogen Kwarcowy – Technika Światłowodowa
- Fluorescencja
- Metalohalogenkowe (Mikroskopy)

- Światła ksenonowe
- Wysoko-prężne lampy sodowe
- Ultrafiolet (Black Light)
- Podczerwień
- Elektro-luminescencja
2005

3


Slide 4

Porównanie źródeł światła
Widmo

Natężenie

Żywotność
(godz)

Uwagi

Dioda LED

Różne

Jasny do
Bardzo Jasny

Do
100,000

Długie życie
Stabilne światło

Oświetlenie
jarzeniowe
(Fluorescent)

Białe
zielone,
żółte

Jasny

5000 do 7000

Tanie
Nie grzeją się

Halogen

Biały
Żółty

Bardzo jasny

200 do 3000

Tanie
Mocno grzeją się

Ksenon

Biały
niebieski

Bardzo jasny

3000 do 7000

Drogie
Stabilne

Typ

Elektroluminescencja
2005

Green

Przyciemniony 2000 do 5000

Bardzo cienkie
Nie grzeją się
4


Slide 5

Oświetlenie – Natężenie vs. Widmo
Halogen kwarcowy / wolframowy

Lampy rtęciowe

Natężenie względne (%)

100

Światło słoneczne

80

Fluorescencyjne

60
Białe
LED

Ksenon

40

20

Czerwone
LED

0
300

400

500

600

700

Długość fali (nm)
2005

5


Slide 6

Technologia Evenlite

®

Charakterystyka optyczna diody LED

Oś mechaniczne

2005

6


Slide 7

®

Technologia Evenlite

Matryce liniowe
(BALA)

AL4424-660

2005

7


Slide 8

Technologia Evenlite

®

Oświetlacze RGB
- Czerwone, Zielone,
Niebieskie głowice
dopasowują się do
twoich potrzeb
- Możliwość tworzenie
białego światła

- Możliwość mieszania
kolorów

2005

8


Slide 9

Obraz
Czy to sztuka czy nauka?

lkasdjflkj

lkasdjflkj

lkasdjflkj

2005

a może oba?
9


Slide 10

Metody rozwiązywania problemów z
oświetleniem
Oświetlaj i Patrz (najbardziej typowa)
Dobór oświetlenia poprzez próby: różne źródła
światła skierowane z różnych kierunków i kątów

Analiza naukowa (najbardziej efektywna)
Dokładna analiza oświetlanego środowiska i
wybór najlepszego rozwiązania.

2005

10


Slide 11

Dobre oświetlenie pomaga systemowi
wizyjnemu w jego pracy
Dobrze dobrane oświetlenie jest kluczowym
czynnikiem udanej inspekcji / kontroli.
Zapewnia jakość i niezmienność światła w
badanym środowisku.
Oszczędza czas oraz koszty ze względu na brak
konieczności powtarzania pomiarów.

2005

11


Slide 12

Krótki przegląd rodzajów oświetlenia i
rozwiązań w optyce

2005

12


Slide 13

Widmo światła widzialnego
• Światło jest widziane inaczej przez aparat, oko czy
matrycę CCD
IR

UV
390

400 nm

455 470

505 520

500 nm

595

625

600 nm

660

695 735

700 nm

Zakres widzialności oka ludzkiego

2005

13


Slide 14

Widmo –
Matryca CCD vs. Ludzkie postrzeganie
IR Enhanced Analog

Absolute QE (%)

80

Digital Interline Transfer
Standard Analog
CMOS
UV Enhanced Analog

60

Human Photopic
Human Scotopic
IR Block (Short Pass)

40

20

0
300

400

500

600

700

Długość fali (nm)
2005

800

900

1000

14


Slide 15

Jak biegnie światło?
• Całość światła padającego:
1) Światło odbite
2) Światło pochłonięte
3) Światło przechodzące
Oświetlenie
Pochłonięte

Odbite
2005

Wyemitowane

Przechodzące
15


Slide 16

Odbicie na powierzchniach lustrzanych
• Kąt padania jest równy
kątowi odbicia
• Dokładnie jak w bilardzie
przy odbiciu bili od bandy
F1 = F2

1

2

• Krawędzie, zagięcia
elementów badanych
określają kierunek z jakiego
musi padać światło aby
oświetlić całą powierzchnię

2005

16


Slide 17

Dywergencja i Natężenie
• Natężenie światła maleje wraz z odwrotnością
kwadratu promienia pola oświetlanego.
I ~

1
r

2

• Używaj kolimatora i możliwie najmniejszych
możliwych odległości przy oświetleniu

2005

17


Slide 18

Efekt działania kolimatora:
Światło padające BEZ
zastosowania kolimatora

Światło padające PO
zastosowaniu kolimatora
Kolimacja jest przetwarzanie rozbieżnych wiązek
promieniowania na wiązki równoległe. Efekt uzyskiwany
w ten sposób ilustruje powyższy rysunek.
2005

18


Slide 19

Środowisko oświetlenia oraz element
oświetlany
• Światło pierścieniowe
– Mały kąt przestrzenny
Wskazówka: Kąt przestrzenny
dowolnego światła może zostać
zwiększony poprzez zbliżenie
źródła światła do obiektu.

• Oświetlenie kopułowe
– Duży kąt przestrzenny

2005

19


Slide 20

Dobrze, więc od czego zaczynamy?

2005

20


Slide 21

Standardowe Metody Oświetlenia
1) Wiedza na temat:
- Typów oświetlenia oraz ich zalet i wad
- Techniki oświetlenia oraz jej zastosowania z
uwzględnieniem kształtu powierzchni oraz jej połysku.
- Ograniczenie techniczno-konstrukcyjne

2) Znajomość:
- Geometrii badanego obiektu
- Jego struktury
- Jego koloru

3) Analiza:
- Dokładna inspekcja otoczenia – Fizyczne ograniczenia i
wymagania
- Próba – przetestowanie dobranego oświetlenia
2005

21


Slide 22

3 Warunki akceptacji oświetlenia
Wszystko zależy od kontrastu!
Segregacja i wyróżnienie cech:
1) Maksymalny kontrast
• Elementy badane

2) Minimalny kontrast
• Elementy niepotrzebne (szumy/zakłócenia)

3) Minimalna wrażliwość na normalne odchyłki:
• Obecność, lub zmiana światła otoczenia

2005

22


Slide 23

Tworzenie kontrastu
• Zmiana kierunku światła uwzględniając wymogi elementu
badanego i kamery (Geometria)
- zależność przestrzenna 3D - obiekt, światło & kamera

• Zmiana typu oświetlenia (Struktura)
- Typ głowicy: np. punktowe lub kopułowe
- Typ oświetlenia: np. rozproszone

• Zmiana widma (Kolor / Długość fali)
- Ciepłe vs. Zimne Kolory – obiekt kontra otoczenie

• Zmiana charakteru światła (Filtry)
- Eliminacja zakłóceń

Kluczową sprawą jest eliminacja
przypadkowego światła
2005

23


Slide 24

Tworzenie środowiska inspekcji
• Ograniczenia fizyczne
- Dostęp do kamery, obiektywu i oświetlenia
- Rozmiar i kształt przestrzeni roboczej
- Minimalna i maksymalna odległość obiektu od kamery
uwzględniając oświetlenie

• Charakterystyka badanego elementu
- Obiekt: stacjonarny czy w ruchu?
- Jeżeli poruszający się to jaka prędkość, czas cyklu?
- Zakłócenia, drgania?
- Czy obiekt jest pozycjonowany?
- Możliwość niekorzystnych wpływów oświetlenia otoczenia?

• Ergonomia i bezpieczeństwo
- Interakcja operatora

2005

24


Slide 25

Wykorzystanie kolorów

2005

25


Slide 26

Użycie Kolorów
Użycie kolorowego światła w celu stworzenia kontrastu
Ciepłe

• Użycie podobnych kolorów

R

rozjaśnia obraz
(żółte światło sprawia, że żółte
elementy wydają się jaśniejsze)

Chłodne

V

O

B

• Użycie kolorów przeciwnych

przyciemnia obraz

Y

G

(czerwone światło sprawia, że zielone
elementy wydają się ciemniejsze)
2005

26


Slide 27

Zwiększanie kontrastu

Czerwony

Niebieski

Zielony

Biały

• Zauważmy jak kolorowe światło wpływa zarówno na obiekt jak i jego
otoczenie!
• Białym światłem uzyskamy kontrast wszystkich kolorów ale nie będzie to
tak dobry kontrast jak przy dobranym oświetleniu do konkretnego koloru
2005

27


Slide 28

Tworzenie kontrastu przy użyciu
światła kolorowego
Niebieski

Czerwony

Zielony

2005

Biały

28


Slide 29

Tworzenie kontrastu przy pomocy
Światła monochromatycznego
80

P ix e l In te n s ity

Czerwona
dioda

55

30

5

0

LED

Zielona
dioda

500

85

P ix e l In te n s ity

Białe światło

250

Position Along Graph

60

35

10

0

250

500

Position Along Graph

LED

LED

2005

90

P ix e l In te n s ity

Niebieska
dioda

65

40

15

0

250

500

Position Along Graph

29


Slide 30

Użycie światła kolorowego do
segregacji
Światło
monochromatyczne

Światło białe

Czerwony
Kolor

Zielony

Czerwony + Zielony

Czerń-biel
Niebieski

2005

30


Slide 31

Użycie geometrii i struktury

2005

31


Slide 32

Typowe techniki oświetlenia

Częściowo jasne pole

Ciemne pole

Rozpraszacz kopułowy

Podświetlenie z tyłu

Rozpraszacz osiowy

Pełne jasne pole
2005

32


Slide 33

Oświetlacze dla częściowo jasnego pola

2005

33


Slide 34

Oświetlacze dla pełnego jasnego pola

2005

34


Slide 35

Oświetlacze do ciemnego pola

2005

35


Slide 36

Jasne pole vs. Ciemne pole
Kamera

Obraz - jasne pola

Jasne pole
Światło
pierścieniowe

Powierzchnia lustrzana
2005

36


Slide 37

Jasne pole vs. Ciemne pole
Obraz - ciemne pole

Kamera

Rysa

Ciemne pole
Światło
pierścieniowe
Powierzchnia lustrzana

2005

37


Slide 38

Ciemne pole
• Oświetlenie pod kątem
• Używane do mocno
odbijających
powierzchni

2005

38


Slide 39

Rezultat użycia ciemnego pola
• Wyróżnia zmiany wysokości
• Powierzchnie rozpraszające są jasne
• Płaskie wypolerowane powierzchni są ciemne
• Kształty i kontury są lepiej widoczne

2005

39


Slide 40

Rozpraszacze osiowe
• Światło skierowane at beam splitter
• Używane do obiektów połyskowych

2005

40


Slide 41

Rezultat oświetlenia światłem
rozproszonym osiowo
• Eksponuje strukturę powierzchni
• Miejsca odbijające światło są zaciemnione


Slide 42

Kopuły rozpraszające
• Światło podobne do światła w
zachmurzony dzień
• Tworzy minimalny połysk.

2005

42


Slide 43

Dobór oświetlenia
Odbłysk powierzchni
Matowa
Płaska

Powierzchnia
geometryczna

Struktura
Powierzchni/
Topografia
Kształt

Połyskowa

Mieszana

Osiowo
rozproszone
Jasne pole

Ciemne pole

Kopuła rozpraszająca / Cylinder

Zakrzywione

2005

43


Slide 44

Światło a elementy badane
Monochromatyczne
UV

Elementy fluoroscencyjne

B

G

R

IR

RGB

X

Ciemna guma

X

X
X

Ciemny plastik

X

Plastik przezroczysty / Szkło

X

X

Pół-metallic

X

X

X

Metallic

X

X

X

Części różnokolorowe

X
X

Zastosowanie globalne
Problemy ze światłem z otoczenia

X

Strobowanie / Ergonomia

2005

WHI

X

X

X
X

UV – Ultrafiolet,

B – niebieskie (blue),

G – zielone (green),

R – czerwone (red),

IR – podczerwone (Infra-red),

RGB – różnokolorowe,

WHI – białe (white)

X

44


Slide 45

Przykładowe aplikacje


Slide 46

Odczytywanie kodów
Elementy z zagłębieniami
Elementy połyskowe, płaskie lub o zakrzywionych powierzchniach

Oświetlacz pierścieniowy
(jasne pole)

2005

Oświetlacz pierścieniowy
(ciemne pole)

46


Slide 47

Oświetlacz punktowy

Światło liniowe

2005

47


Slide 48

Kody typu Data Matrix
Płaskie, świecące powierzchnia
Zakrzywione, matowe powierzchnie

Oświetlacz pierścieniowy
(Ciemne pole)

2005

Oświetlacz pierścieniowy
(Jasne pole)

48


Slide 49

Matryca liniowa
Oświetlacz kopułowy

2005

49


Slide 50

Kod kreskowy
Nadruki pod celofanowymi opakowaniami

Rozproszenie osiowe

2005

Matryca liniowa

50


Slide 51

Kod kreskowy pod folią

Współosiowe - pierscieniowe

Matryca liniowa - BALA

2005

51


Slide 52

Nadruki atramentowe
• Nadruki atramentowe
• Wklęsłe, połyskowe
powierzchnie

Rozpraszacz
osiowy
Światło Oświetlacz
pierścieniowe
Oświetlacz
pierścieniowy
(Jasne
pole)
kopułowy
(Pole
jasne)
2005

52


Slide 53

Użycie Podczerwieni i Ultrafioletu


Slide 54

Poza widzialnością - Podczerwień
• Światło Podczerwone (IR) często eliminując różnice
w kolorze.
Czarny

Czerwony
Biały

Żółty
Białe światło

2005

Podczerwień (IR)
54


Slide 55

Poza widzialnością - Podczerwień
• Światło bliskie Podczerwieni może łatwo spenetrować
badane materiały ze względu na dłuższą falę

2005

Czerwone 660 nm
światło tylnie

Podczerwień 880 nm
światło tylne

55


Slide 56

Poza widzialność – Podczerwień IR
• Czerwone światło 660 nm wykrywa niebieski kod
kreskowy na butelce
IR 880nm
Back Light

2005

Red 660nm
Back Light

56


Slide 57

Poza widzialnością – Ultrafiolet UV

• Górne zdjęcie:
Pieluszka

• Dolne zdjęcie:
Butelka oleju

2005

57


Slide 58

Poza widzialnością – Ultrafiolet

2005

58


Slide 59

Projektowanie systemu oświetlenia
• Jeżeli projektujesz system wizyjny, dokonaj
dobrania oświetlenia, najszybciej jak to jest
możliwe.
• Jeśli używasz monochromatycznego
oświetlenia opartego na LED, zastosuj filtr
pasmowy do kontroli światła z otoczenia.
• Zastanów się jak dobrane oświetlacze będą
wpływały na obiekt badany i jego otoczenie
(różne powierzchnie oświetlane)
2005

59


Slide 60

Filtry także są użyteczne!

2005

60


Slide 61

Filtry przepustowe
• Filtry przepustowe
„wykluczają” światło o
zadanej długości fali.
• Światło słoneczne jest
zredukowane 4-krotnie
510 nm Short
Pass

2005

715 nm Long
Pass

660 nm Band
Pass

61


Slide 62

Filtry przepustowe
• Górny obrazek: światło
UV z silnym
czerwonym 660 nm
“światłem otoczenia”

• Dolny obrazek: to
samo światło przy
zastosowaniu filtra
przepustowego
(510 nm)
2005

62


Slide 63

Polaryzacja światła

2005

63


Slide 64

Filtry polaryzujące

Współosiowe światło
pierścieniowe BEZ
polaryzatora

Współosiowe światło
pierścieniowe z
polaryzatorem

Światło
pierścieniowe BEZ
polaryzatora

BALA
Podłużne liniowe
oświetlenie BEZ
polaryzatora
2005

Poprzeczne liniowe
oświetlenie z
polaryzatorem
64


Slide 65

Filtry polaryzujące
• Górne zdjęcie: Bez
światła spolaryzowanego
plastikowy materiał
wydaje się pozbawiony
defektów

Oświetlenie tylne
(bez polaryzatora)

• Dolne zdjęcie: Użycie
polaryzatorów pozwala
na wykrycie wady
Oświetlenie tylne z polaryzacją
2005

65


Slide 66

Kilka porad
• Potrzeba większego kontrastu elementu badanego i
otoczenia?
Przemyśl użycie kamery B&W & świateł kolorowych
• Problemy ze światłem pochodzącym z otoczenia? Spróbuj
użyć monochromatycznego światła i dopasowanego filtra
przepustowego
• Połyskowe, zakrzywione powierzchnie? – Wypróbuj
kopułowe rozpraszacze
• Połyskowe, płaskie, ale pokryte teksturą powierzchnie? –
Spróbuj rozproszenie osiowe
• Topografia powierzchni? – Użyj ciemnego pola (mały kąt)
• Badanie plastiku – spróbuj UV albo IR
• Kombinacja różnych świateł nieraz rozwiązuje problemy

2005

66


Slide 67

Co nowego?
• Pulsar 710 High Current Strobe / DC Unit

• Wysoko wydajne światła liniowe
• Super jasne wysoko wydajne światła
punktowe i pierścieniowe
• Zastąpienie standardowych diod LED
wysoko wydajnymi modelami
2005

67


Slide 68

Dziękujemy
za lekturę !
ELAUTEC S.C. – dział systemów wizyjnych VisionLAB
ul. Farmaceutów 2
31-463 Kraków
www.elautec.pl
www.visionlab.pl