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目次
マシンビジョン光源の概要
光源は、自然光源と人工光源の2つのカテゴリに分類されます。自然光源は主に日光を指しますが、星の光も含みます。効果的に使用できる主なものは日光であり、スターライトはナビゲーションの参照としてのみ使用できます。初期の人工光源は、主にキャンドルやオイルランプなどの燃料を燃やすランプでした。
1.光源の役割
マシンビジョンシステムの中核は、画像の取得と処理です。すべての情報は画像から取得され、画像の品質はビジュアルシステム全体にとって非常に重要です。優れた画像は、システム全体の安定性を向上させることができるため、画像処理アルゴリズムの難しさを大幅に軽減すると同時に、システムの精度と信頼性を向上させることができます。合理的で効果的な照明スキームは特に重要です。
良好な画像には、次の条件が必要です
。1。コントラスト：ターゲットと背景のグレー値は通常30以上異なり、遷移ピクセルは正確な検出の要件を満たしています。
2.均一性：画像の全体的なグレースケールは均一で不均一である必要がありますが、グレースケールの違いは画像処理に影響しません。
3.信頼性：色に関連するニーズは、トゥルーカラー、適度な明るさ、露出過度ではありません。
4.背景を薄めてみてください。
光源は、入力データの品質に直接影響するため、画質に影響を与える重要な要素です。現在、一般的なマシンビジョン照明器具はありません。したがって、それぞれのケースで、最適な照明効果を実現するために適切な照明デバイスを選択する必要があります。
光源の主な機能：
1.ターゲットを照らし、ターゲットの明るさを上げます
。2。画像処理に最も適したイメージング効果を形成し
ます。3 。周囲光の干渉を克服し、画像の安定性を確保します
。4。測定ツールまたはリファレンスとして使用します。
2.一般的な視覚光源
マシンビジョンに一般的に使用される光源には、主にLEDライト、レーザー、光ファイバーハロゲンランプ、キセノンランプ、高周波蛍光ランプなどがあります。
LEDライト
耐用年数は約30000〜100000時間です。利点：複数のLEDを使用して高輝度を実現し、さまざまな形状を組み合わせることができ、応答速度が速く、目的に応じて波長を選択できます。
光ファイバハロゲンランプの
寿命は約1000時間です。長所：高輝度、短所：応答速度が遅く、輝度と色温度の変化がほとんどありません。
キセノン（xiān）ランプの
耐用年数は約1000時間です。長所：高輝度、太陽光に近い色温度。短所：応答速度が遅い、発熱が大きい、寿命が短い、動作電流が大きい、電源の安全要件が厳しい、壊れやすい。
蛍光灯の
寿命は約1500〜3000時間です。長所：拡散性が良く、広い領域を均一に照明するのに適しています。短所：応答速度が遅く、輝度が低い。
LED光源の利点1.LED光源の応答速度は、他の光源よりも速く、通常はナノ秒のオーダーです。
2. LEDライトの設計寿命は一般に50,000時間以上であり、ストロボの寿命はより長くなります。
3. LED光源は、他のタイプの光源と比較して、より高い光電変換効率、省エネ、および環境保護を備えています。
4. LEDライトは、必要に応じて、波長、色温度、カラーレンダリングインデックスなどのさまざまな光学パラメータを選択できます。
一般的な視覚光源の包括的なパフォーマンス比較
3.光源の基本性能
発光フラックス
発光フラックス（発光フラックス）とは、人間の目が感じることができる放射力のことで、単位時間あたりの特定のバンドの放射エネルギーとバンドの相対的な視聴率の積に等しくなります。人間の目は、異なる波長の光に対して異なる相対的な表示速度を持っているため、異なる波長の光の放射パワーが等しい場合、発光フラックスは等しくありません。光源の放射エネルギーフラックスは、人間の目に視力をもたらす物理的な量を指します。つまり、単位時間あたりの特定のバンドの放射エネルギーとそのバンドの相対的な視聴率の積です。人間の目は、光の波長ごとに異なる視聴率を持っています。したがって、異なる波長の光放射パワーは同じですが、発光フラックスは異なります。
発光効率
光源から放出される発光フラックスと消費電力の比は、光源の発光効率と呼ばれ、ルーメン/ワット（lm / w）で表されます。たとえば、電力が2Wの光源は260lmの発光フラックスを放出します。このときの光源の発光効率は130lm / wです。
発光強度
光強度は発光強度の略です。単位固体角度あたりの光源の発光フラックスを示します。発光強度とは、特定の方向に単位固体角度で光源から放出される発光フラックス、つまり空間内の特定の方向に放射する光源の発光フラックス密度を指します。記号はIで表され、国際単位はcdと略されるカンデラ（カンデラ）です。光強度は、さまざまな方向への光源の放射能力を表します。素人の言葉で言えば、発光強度は光源から放出される光の強度です。
照明照明面の
単位面積あたりに受け取る発光フラックスは、照明と呼ばれ、ルクス（lx）、1 lx = 1lm /m²です。イルミネーションは、撮影環境を測定するための重要な指標です。
均一性と
は、通常、特定の照明面の特定の範囲内で光源から放出される光の均一な照明値を指し、明るさは一定であり、これは照明面上の光源の均一な照明と呼ばれます。照らされた表面上の光源の均一性は、光源自体の設計、および光源の作動距離と作動角度に影響されます。
理想的な平行点光源の光線は、特殊なレンズモジュールを通過して、同じ出口方向の平行光線を形成します。光源の平行度が高いほど、照射距離の変化に伴って光点の形状やサイズが変化する可能性が低くなります。平行光源は、主にミラー材料の欠陥検出とレーザー彫刻認識に使用されます。
色
温度色温度は、光に含まれる色成分を示す測定単位です。理論的には、色温度とは、絶対ゼロ（-273°C）から加熱した後に絶対黒体が現れる色を指します。黒いボディが加熱されると、徐々に黒から赤に変わり、黄色に変わり、白に変わり、最後に青い光を発します。ある温度に加熱されたとき、黒い物体が発する光のスペクトル成分はこの温度での色温度と呼ばれ、測定単位は「K」（ケルビン）です。特定の光源が発する光を特定の温度と比較した場合黒い物体から放出される光には、特定のK色温度と呼ばれる同じスペクトル成分が含まれています。
カラーレンダリングカラー
レンダリングは、オブジェクトを照らす光源の光と、オブジェクトの本来の色の外観の程度によって生成される客観的な効果です。光源のカラーレンダリングは、カラーレンダリングインデックス（Ra）で示されます。これは、照明されたときの参照光（日光）からの光の下でのオブジェクトの色の偏差を表し、光源の色特性をより完全に反映できます。カラーレンダリングの高い光源は色を視覚化する能力が高く、照明下で見られる色は自然な原色に近く、よりリアルです。カラーレンダリングの低い光源はカラーレンダリング能力が低く、照明下にあります。見られる物体の色も、自然の原色とはかなり異なります。光源の色温度は、カラーレンダリングとは直接関係ありません。国際照明委員会CIEは、太陽のカラーレンダリングインデックスを100に設定しており、さまざまな光源のカラーレンダリングインデックスは異なります。一般的な業界では、光源のカラーレンダリングインデックスはRa = 90-100であり、優れたカラーレンダリングであり、色が正確に比較される場所で使用されます。Ra= 80-89であり、優れたカラーレンダリングであり、色を正しく判断する必要がある場所で使用されます。OPT標準LEDランプの色温度は5000〜7000Kの範囲であり、カラーレンダリングインデックスは70〜90であり、高レンダリングインデックスの色温度は2700〜5600Kの範囲であり、カラーレンダリングインデックスは95を超えています。
寿命
LEDランプビーズの寿命は通常50,000時間以上です。フィラメントを吹くと発光を停止する従来の光源フィラメントとは異なり、LEDは直接発光を停止しませんが、時間の経過とともに発光フラックスは減少します。通常、光源の発光フラックスは寿命として初期の50％に低下します。 。LED光源の寿命に影響を与える主な要因は熱です。LED光源の電気設計と放熱設計を最適化することにより、ストロボトリガーを使用して光源の動作を制御し、LEDの動作温度を下げることで、LED光源の寿命を効果的に延ばすことができます。
カラー
ライトは本質的に電磁波であり、電磁放射スペクトル全体で可視光が占める部分はごくわずかであり、波長が380nm〜780nmの部分は人間の目で認識でき、可視光と呼ばれます。不可視光の場合、10nmから400nmの波長の光は一般に紫外線と呼ばれ、770nmから1mmの波長の光は赤外線と呼ばれます。
1）電磁スペクトルを図に示します
。2）可視光およびほぼ不可視の光帯域スペクトル
3）一般的なLEDカラースペクトル
色合成と補完
紫から青、シアン、緑、黄色、オレンジから赤への色のグラデーションでは、赤、緑、青の3色のいずれも、他の2色からブレンドすることはできず、特定の比率で混合して形成することができます。白色光を含むすべての色は、光の3つの主要な色と呼ばれます。これに基づいて、色空間、つまり、空間内の点に対応する色と呼ばれることが多いRGB空間を確立することができます。さらに、HSI、CIE、CMY、CMYK（印刷）など、他にも多くのカラースペースがあります。主な色組成の関係を次の表に示します。2つの色にまったく同じ主要な色成分が含まれている場合、それらは同じ色と呼ばれます。2つの色の組み合わせが異なっていてもそれほど変わらない場合、2つの色は呼ばれます。色は類似した色です。2つの色に共通の成分がない場合、2つの色はコントラスト色と呼ばれます。2つの色が適切な比率で混合されて白色光を生成する場合、2つの色は補完的な色と呼ばれます。
色組成
光は物体の表面を照射し、反射光の色は主に物体の表面の自然な色と一致します。光が透明な物体を通過した後、透過光の色は主に透明な物体の色と一致します。入射色が物体自体の色と同じか比較的近い場合、反射率または透過率は比較的高くなりますが、逆に、入射光と物体の自然色が対照的な色である場合、反射率または透過率は比較的低くなります。
発生率と透過率の概略図
アプリケーションの利便性のために、可視光帯域の色を端から端まで接続して、いわゆるカラーサークルと呼ばれる円を形成することができます。カラーサークルでは、互いに近い色は類似した色または隣接する色であり、円の中心で対称な色は補完的な色であり、離れている色はコントラスト色です。照明環境では、オブジェクトの自然な色に隣接または同じ色の場合、画像内のオブジェクトの明るさは比較的高くなりますが、逆に、コントラストカラーを照明に使用すると、オブジェクトは画像内で暗く表示されます。下の図に示すように、3色の光を使用して、3つの主要なカラー画像を上から下に照らす効果は、赤、緑、青の光で撮影されたカラー写真であり、右は対応する白黒の写真です。照明光と同じ色が白い背景に溶け込み、補色が黒くなることがわかります。したがって、適切な色の光を選択すると、干渉する背景をフィルターで除去し、コントラスト効果を高めることができます。
総括する
1.光源は画像の品質を向上させ、それによってマシンビジョンシステム全体の安定性を向上させ、それによってシステムの精度と信頼性を向上させながら、画像処理アルゴリズムの難しさを大幅に軽減します。
2.一般的な光源は、LEDランプ、光ファイバーハロゲンランプ、キセノンランプ、蛍光ランプです。
3.光源の基本的な性能は、主に、発光フラックス、発光効率、発光強度、照度、均一性、平行度、色温度、カラーレンダリング、寿命、色などです。
4.光源の特定の用途については、Machine Visionの光源（2）を参照してください。