Hintergrundbeleuchtung in der industriellen Bildverarbeitung

Autoren: Thomas Stard & Rebecca Charboneau

Einführung in die Hintergrundbeleuchtung

Hintergrundbeleuchtungen sind wichtige Komponenten in Systemen der präzisen industriellen Bildverarbeitung. Sie bieten eine gleichförmige Ausleuchtung für eine kontrastreiche Darstellung und verbessern so die Kantenerkennung. Das zu untersuchende Objekt wird über der Hintergrundbeleuchtung platziert und vom Bildverarbeitungssystem mit hohem Kontrast erfasst, so dass eine Silhouette entsteht (Abbildung 1). In diesem Anwendungshinweis werden die Anwendungsfälle für eine Hintergrundbeleuchtung untersucht, ihre Vorteile in der industriellen Inspektion und Messtechnik hervorgehoben und die wichtigsten Überlegungen zur Integration in Bildverarbeitungssysteme dargelegt. Die folgenden Bilder zeigen verschiedene Objekte (diffus und spiegelnd), die mit einer Hintergrundbeleuchtung beleuchtet werden. Die Bilder wurden mit dem 6-mm-Objektiv mit Festbrennweite der C-Serie, dem 25-mm-Objektiv mit Festbrennweite der C-Serie und dem telezentrischen 0,69X-CobaltTL-Objektiv mit dem Sensor IMX540 aufgenommen, der für die Objektive der C-Serie mit Festbrennweite auf ein 2/3"-Sensorformat verkleinert wurde.

Bildanalyse und Beurteilung der Hintergrundbeleuchtung

Objektiv mit Festbrennweite der C-Serie, 6 mm Brennweite	Objektiv mit Festbrennweite der C-Serie, 25 mm Brennweite
A	A
B	B
C	C
D	D
E	E

Tabelle 1 zeigt Bilder, die mit Objektiven mit Festbrennweite aufgenommen und mit einem Hintergrundlicht beleuchtet wurden. Aus den Bildern ist ersichtlich, dass eine Hintergrundbeleuchtung ideal ist, um eine Silhouette eines Objekts zu erzeugen. Dies ist ideal für Objekte, die nicht transparent sind, wie der Verschluss (B), das Getriebe (D) und die Leiterplatte (E). Der Text auf dem Versandetikett (C) kann mit dieser Art von Beleuchtungsgeometrie nicht erkannt werden und ist daher für Anwendungen der optischen Zeichenerkennung (OCR) nicht geeignet. Bei der Abbildung von transparenten Glasobjekten wie dem Arzneimittelfläschchen in A kann mit einer Hintergrundbeleuchtung der Flüssigkeitsstand oder die Platzierung des Etiketts geprüft werden. Insgesamt ist diese Art der Beleuchtung ideal für die Kantenerkennung oder die Überprüfung von Teilen, da sie einen deutlichen Unterschied in der Graustufenintensität zwischen Objekt und Hintergrund erzeugt.

Telezentrisches CobaltTL Objektiv, 0,69X
A
B
C
D
E

Tabelle 2 enthält Bilder der gleichen Teile, die mit dem telezentrischen 0,69X-CobaltTL-Objektiv aufgenommen wurden. Wie bei Objektiven mit Festbrennweite gilt auch hier: Die Hintergrundbeleuchtung ist am besten geeignet, um einen hohen Kontrast an den Objektkanten zu erzeugen. Die Verwendung eines telezentrischen Bildverarbeitungsobjektivs und einer Hintergrundbeleuchtung würde zum Beispiel die genaue Vermessung der Löcher in der Leiterplatte (E) oder die Inspektion des Getriebes (D) und des Verschlusses (B) ermöglichen. Die Strichcodes des Fläschchens (A) und des Versandetiketts (C) sind nur aufgrund der hohen Vergrößerung des telezentrischen Objektivs im Vergleich zu den Objektiven mit Festbrennweite und seiner Fähigkeit, Licht zu sammeln, sichtbar.

Schlussfolgerung: Wichtige Erkenntnisse für die Integration von Hintergrundbeleuchtungen in Bildverarbeitungssysteme

Insgesamt eignet sich die Beleuchtung am besten für die Kantenerkennung, die Inspektion von transparenten Materialien und die Kalibrierung von Dimensionen. Sie erzeugt eine kontrastreiche Silhouette, während Oberflächenmerkmale auf der Vorderseite des Objekts nur bei starker Vergrößerung und einer gewissen Lichtdurchlässigkeit des Objekts erkannt werden können. Daher ist es wichtig zu verstehen, was das Objekt von Interesse ist und was abgebildet werden soll, und die Beleuchtungsgeometrie zu wählen, die die Abbildungsleistung des Systems maximiert.

Weiterführende Informationen

• Anwendungshinweis: Hellfeldbeleuchtung mit Punkt- und Balkenstrahlern für die industrielle Bildverarbeitung
• Anwendungshinweis: Hellfeldbeleuchtung mit Dombeleuchtung für die industrielle Bildverarbeitung
• Anwendungshinweis: Hellfeldbeleuchtung mit Ringlichtern für die industrielle Bildverarbeitung
• Anwendungshinweis: Dunkelfeld-Beleuchtung mit Ringlichtern für die industrielle Bildverarbeitung
• Anwendungshinweis: Telezentrische In-Line-Beleuchtung für die industrielle Bildverarbeitung
• Anwendungshinweis: Bedeutung und Auswahl der korrekten Beleuchtung
• Anwendungshinweis: Beleuchtungshalterungen für Bildverarbeitungsanwendungen
• Anwendungshinweis: Relative Beleuchtung, Randabfall und Vignettierung

Stückliste

• Verwendete Kamera: LUCID Vision Labs Triton2™ TRT245S-MC monochrome Kamera, Sony IMX540, 24,5 MP (TRT245S-MC) (#28-874)
• Verwendete Objektive: 6-mm-Objektiv mit Festbrennweite der C-Serie von Edmund Optics (#67-709), 25-mm-Objektiv mit Festbrennweite der C-Serie von Edmund Optics (#59-871) und telezentrisches 0,69X-CobaltTL-Objektiv (#15-872).
• Verwendetes Licht: LED-Hintergrundbeleuchtung, 50,8 x 50,8 mm, weiß, hohe Intensität von Advanced Illumination (#28-756)