1.6 Strojové vidění

Osvětlovací soustava je stejně důležitou částí systému strojového vidění jako kamera. Pomocí osvětlení může být dosaženo podstatně kvalitnějších výsledků záznamu. Účelem osvětlení je dosáhnout maximálního kontrastu těch částí objektu, které nás zajímají, oproti částem, které nejsou předmětem inspekce (rušivé části). Obecně platí, že kontrast zájmové a rušivé části objektu lze vytvářet v zásadě dvojím způsobem a sice, využitím jejich rozdílné absorpce nebo rozdílu jejich jasu, který vznikne vhodným směrovým osvětlením. Návrh optimální osvětlovací soustavy začíná analýzou interakce objektu a světla. Na základě výsledků této analýzy je možné stanovit, jak a čím objekt osvětlit a jak eliminovat případné rušivé vlivy. Postup analýzy můžeme shrnout do následujících bodů[24]:

· analýza vlastností snímaného objektu vzhledem k úloze strojového vidění

· analýza potřebných vlastností použitého světla

· stanovení vhodné geometrie osvětlení

· výběr vhodného osvětlovače

· eliminace rušivých vlivů

Analýza vlastností snímaného objektu

Analýza se zaměřuje zejména na tyto části snímaného objektu

· velikost absorpce nebo odrazivosti světla, která určuje odrazy a lesky

· členitost objektu (výstupky, otvory atd.)

· tvar a velikost objektu pro určení velikosti a vzdálenosti osvětlovače

· pozadí objektu, které může působit rušivě

· změna polohy nebo případný pohyb objektu

Stanovení potřebných vlastností použitého světla

Ke stanovení potřebných vlastností světla je třeba analyzovat, jak se bude použité světlo chovat v interakci se snímaným objektem a jak bude následně působit na snímač obrazu kamery. Světlo dopadající z osvětlovače na sledovaný objekt se podle zákonů optiky rozdělí: část se ho odrazí, část způsobí v materiálu objektu emisi sekundárního záření a část se absorbuje.

Stanovení vhodné geometrie osvětlení

Geometrie osvětlení je dána i složením svazku světla. Paprsky ve svazku mohou být rovnoběžné, v tom případě jde o světlo s rovnoběžnými paprsky, nebo difuzní, tzn. že plně rozptýlené světlo má paprsky rovnoměrně rozložené ve všech směrech. Svazek světla reálného osvětlovače leží mezi těmito dvěma extrémy. Obecně platí, že světlo rozptýlené zmenšuje kontrasty způsobené členitostí objektu a strukturou povrchu a zvýrazňuje kontrasty způsobené absorpcí. V opačném případě, chceme-li zobrazit kontrastně členění objektu, zvolíme světlo směrované.

a) přední osvětlení

Jedná se o nejsnáze pochopitelný způsob osvětlení objektu. Objekt je osvětlen tak, že světlo od něj odražené dopadá přes objektiv na obrazový snímač.

Obr. 4 Přední (přímé) osvětlení [24]

b) zadní osvětlení

Používá se k zobrazení obrysu objektu, typické pro úlohy měření rozměrů. Tento typ osvětlení je nutný, jestliže má být vytvořen kontrastní obrys objektu za průhlednou překážkou.

Obr. 5 Zadní osvětlení [24]

Výběr vhodného typu osvětlovače

V současnosti existuje velký výběr druhů osvětlovačů. V poslední době se nejvíce používají osvětlovače s LED diodami. LED diody nepotřebují vysoké napětí a jejich světelný tok se dá snadno regulovat. Předností je také jejich dlouhá životnost. Osvětlovače se dodávají v různých velikostech, s různou barvou světla a různým způsobem řízení. Základní druhy těchto osvětlovačů jsou tyto:

a) plošné osvětlovací pole

Poskytuje směrované světlo. Rozptýlení světla je dáno vyzařovacím úhlem LED diod. V nenáročných úlohách mohou nahradit i nákladnější osvětlovače s jasným obrazovým polem a rozptýleným světlem. Malá a speciální pole se používají i jako pomocná světla nebo jako zdroje pro složitější osvětlovací soustavy.

Obr. 6 Plošné osvětlovací pole – a) osvětlovač, b)schéma [24]

b) kruhový osvětlovač

Poskytuje více rozptýlené světlo směřující od objektivu kamery. Tento osvětlovač nemá přímo ideální vlastnosti, zvláště v provedení jednoduchého kruhu.

Obr. 7 Kruhový osvětlovač – a) osvětlovač, b)schéma [24]

c) kopulový osvětlovač

Kopulové osvětlovače se používají pro osvětlení s jasným obrazovým polem kdy je nezbytně nutné osvětlit objekt světlem rozptýleným. Např. pokud potřebujeme přečíst nápis na zmačkané lesklé fólii. Rozptýlené světlo se vytváří difuzním odrazem na vnitřní ploše polokoule. Někdy tento způsob osvětlení nazýváme „bezestínový“.

Obr. 8 Kruhový osvětlovač–a) osvětlovač, b)schéma, c)příklad zobrazení [24]

d) osvětlovač DOAL

Specifické osvětlení s jasným obrazovým polem a rozptýleným světlem poskytuje právě tento osvětlovač. Použitý difuzor zajišťuje lepší rozptýlení světla. Díky konstrukci s polopropustným zrcadlem dopadá rovnoměrně z celé plochy nad objektem. Nevýhodou je vyšší cena.

Obr. 9 Osvětlovač DOAL–a) osvětlovač, b)schéma, c) příklad zobrazení [24]

Eliminace rušivých vlivů

Snadné by bylo, kdybychom mohli jako jediný zdroj světla stále používat jeden osvětlovač. Docílili bychom tak stále stejného jasového obrazu a výsledky by pak byli opakovatelné. V praxi je to však nereálné. Existují vždy další zdroje světla, jako je denní světlo, umělé osvětlení provozu aj. Např. denní světlo je pak hodně nevyzpytatelné, protože záleží na aktuálním počasí a hodině.

Nejjednodušším řešením je tyto nežádoucí zdroje světla odstínit tak, že vytvoříme pomocí osvětlovačů řádově vyšší osvětlení, než které vytváří nežádoucí zdroje. V takovém případě potřebujeme většinou vysoký světelný tok, což vyžaduje i velké množství energie a proto zapínáme osvětlovač pouze v době snímání.

V praxi obecně potřebujeme pro úspěšnou integraci strojního vidění do cyklu výrobní operace přezkoumat splnění hlavních podmínek:

· vhodné prostorové uspořádání výrobního zařízení, které umožní nasvítit a sejmout obraz objektu

· vhodné časové uspořádání operačního cyklu, které poskytne potřebnou dobu na sejmutí a vyhodnocení snímku i následnou akci

· vhodné uspořádání výrobního zařízení, které zajišťuje např. zastavení operace při zjištění chyby v přípravě či vyřazení dílu