照明技術：背光和波長對於機器視覺係統的影響

  在機器視覺中，背光是常見和有用的照明技術之一。它通常用於(yu) 零件的存在/不存在，測量和方向/位置，尤其是在與(yu) 拾放或視覺引導的機器人應用程序結合使用時。但是，將背光照明納入機器視覺係統可能會(hui) 很困難，這主要是因為(wei) 部件放置的幾何形狀需要進入相機和背光照明的零件頂部和底部（或正麵和背麵）。

背光視覺係統的掙紮

  此外，當零件在輸送線上移動時，部件放置的幾何形狀會(hui) 受到限製，尤其是在無法將背光有效地插入產(chan) 品的“輸送機”上的情況下（圖1a）。這些機器視覺應用中的大多數隻需要一個(ge) 輪廓即可有效地產(chan) 生即時對比度（通常稱為(wei) 白色背景黑色部分），在這種情況下，預計光線不會(hui) 穿透該部分（請參見圖1b）。

  但是，黑白輪廓主題存在變化-即那些需要光線以不同方式穿透零件的應用。例如，這可能包括需要在另一個(ge) 對象中定位具有不同成分或質地的固體(ti) 對象或在包裝中標識液位的應用。在此博客文章中，我們(men) 將集中討論差分背光的穿透率，並說明不同波長在何處以及為(wei) 何有用的各種示例。

▲圖1a –背光功能圖

▲圖1b –典型的輪廓BL圖像

使用背光燈檢查物體(ti) 是否存在

  製藥行業(ye) 中常見的背光應用是在將繃帶，襯墊或紗布材料包裝成無菌包裝後，檢查其是否存在。由於(yu) 插入的物體(ti) 及其包裝都是柔軟的，並且通常是半透明的，因此我們(men) 可以使用標準背光燈輕鬆檢查是否存在。

  圖2示出了其密封的無菌紙包裝中的小的棉眼墊；在此示例中，視覺係統可以快速驗證是否存在，同時可以測量近似的尺寸和形狀參數以驗證是否包裝了正確的墊。將此圖像與(yu) 圖2中未插入焊盤的圖像進行比較。後，在圖2中，我們(men) 可以看到包裝中有多個(ge) 焊盤的結果。注意，在本申請中，背光均勻性不如具有足夠的光強度穿透感興(xing) 趣的物體(ti) 及其包裝重要。

▲圖2 –包裝紙中的無菌墊       –不存在無菌墊                –紙中的多個(ge) 無菌墊

波長如何影響背光應用

  在背光應用中滲透材料時，具有足夠的強度是僅(jin) 有的解決(jue) 方案嗎？如果考慮可見光譜和近可見光譜（圖3），我們(men) 會(hui) 看到白色或人類可見光的波長範圍為(wei) 400 nm至約700 nm。紫外光的範圍從(cong) 400 nm到大約200 nm，紅外光的範圍從(cong) 700 nm到更高。

  考慮到這些信息，記住光波長和穿透能力之間存在直接的相關(guan) 性是很有用的。因此，對於(yu) 相同的材料，例如，在背光應用長較長的光（例如紅色或IR）可能比藍色更深。

▲圖3 –可見光譜和近可見光譜

▲檢查半透明PCB

  在此示例中，我們(men) 在半透明，填充的PCB上分別使用了紅色和近紅外表麵安裝背光燈（分別為(wei) 圖4a和4b）來測試每種波長穿透材料的程度。我們(men) 看到，與(yu) 660 nm紅光相比，880 nm紅外光更好地定義(yi) 了板上的走線。但是，我們(men) 如何知道紅外光不僅(jin) 相對於(yu) 攝像機而言強度更高，還是照相機對紅外光更為(wei) 敏感？

▲圖4a –具有紅色（660nm）BL的PCB           圖4b –具有IR（880nm）BL的PCB

  更仔細地檢查板的圖像，我們(men) 注意到板的上部有一個(ge) 孔。將此圖像與(yu) 880 nm紅外圖像進行比較，可以看到紅色（較短波長）的光是如此明亮，以至於(yu) 在孔邊緣都散發出光。考慮到這一點，我們(men) 可以得出結論，盡管相機對紅光更敏感，但紅外光顯然可以更好地穿透板子。

檢查白熾燈泡燈絲(si)

  在檢查白熾燈泡燈絲(si) 時，可以觀察到類似的滲透趨勢。用470 nm藍色，660 nm紅色和880 nm IR背光（分別為(wei) 圖5a，5b，5c）拍攝的一係列圖像說明了這一點。藍光不會(hui) 穿透燈泡玻璃和擴散器塗層；紅燈顯示一些細絲(si) 細節；終，紅外燈顯然會(hui) 產(chan) 生有用的檢查細節。

▲圖5a –藍色（470nm）BL     圖5b –紅色（660nm）BL      圖5c – IR（880nm）BL

驗證瓶中的液位

  另一個(ge) 常見的背光應用是驗證瓶子中的液體(ti) 填充量。在此示例中，有色玻璃瓶包含透明的古龍水。如果我們(men) 用常見的紅色背光，我們(men) 會(hui) 看到光線沒有穿透瓶子（圖6a）。基於(yu) 較長波長的光可以更好地穿透的一般假設，我們(men) 切換到880 nm的IR光；請注意，它仍然不能穿透瓶子及其內(nei) 容物（圖6b）。為(wei) 了完整起見，我們(men) 嚐試使用波長短的藍色光。有趣的是，它可以穿透瓶子並充分地容納內(nei) 容物，以驗證液體(ti) 填充高度（圖6c）。

▲圖6a –紅色科隆香水瓶    圖6b –帶有紅外的科隆香水瓶     圖6c –藍色科隆香水瓶

  重要的是要注意，根據我們(men) 檢查的是不透明物體(ti) 還是半透明物體(ti) ，零件顏色對對比度的影響不同。對於(yu) 不透明的物體(ti) ，我們(men) 使用反射光而不是透射光（背光）進行檢查，因此特定於(yu) 波長的顏色對比度非常重要。在對半透明部件進行背光照明時，顏色通常在通過對象的特定於(yu) 波長的差分光傳(chuan) 輸中起次要作用，而材料的成分，內(nei) 部結構和/或紋理在這方麵的影響更大。