隨著機(jī)器視覺技術(shù)和能力的進(jìn)步，新的應(yīng)用程序不可避免地出現(xiàn)，幫助最終用戶以新穎的方式提高效率和生產(chǎn)力。 不斷發(fā)展的機(jī)器視覺空間中的一個不變因素是對高質(zhì)量、一致的照明的需求。 機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計和規(guī)范的新挑戰(zhàn)需要一種創(chuàng)新的照明選擇方法。 

找到合適的光強(qiáng)度  

由于行業(yè)需求，照明選項必須擴(kuò)展以適應(yīng)不斷提高的速度、分辨率和高級應(yīng)用。 這些要求通常與更少的曝光時間相關(guān)。 作為補(bǔ)償，最好的通用解決方案是均勻分布的高強(qiáng)度照明和短曝光時間。 

LED是一種常見的高效強(qiáng)光源，可以解決這些光強(qiáng)度挑戰(zhàn)。 在非連續(xù)應(yīng)用中，可以以更高的電流對 LED 施加脈沖，從而將輸出提高三到八倍。 這通常被稱為過載。 這樣做可以提供更大的光強(qiáng)度，但會帶來時間挑戰(zhàn)。 在不降低圖像質(zhì)量的情況下提供全光強(qiáng)度需要精確控制脈沖速率和形狀。 

這些快速快門事件的理想脈沖形狀是方波。 脈沖兩側(cè)的緩慢邊緣會導(dǎo)致運動模糊。 為了提供均勻分布的高強(qiáng)度光，LED 必須在整個快門周期內(nèi)達(dá)到并保持 100% 的強(qiáng)度。 外部 LED驅(qū)動器可能具有來自布線的寄生阻抗，這會導(dǎo)致更寬的脈沖和傾斜邊緣，從而導(dǎo)致系統(tǒng)抖動和圖像模糊。 

內(nèi)部 LED 驅(qū)動器在快速達(dá)到 0% 到 100% 和 100% 到 0% 強(qiáng)度時面臨的挑戰(zhàn)更少。 這些快速的開/關(guān)周期創(chuàng)建了一個方形的信號脈沖形狀，可以與快門速度緊密匹配，以實現(xiàn)更好的高速機(jī)器視覺。 

圖 1：脈沖形狀與其絕對強(qiáng)度一樣重要。雖然氙燈（黑線）的強(qiáng)度相對較高，但由于脈沖控制不佳，只有 10% 的光有效。帶有外部控制器的 LED 光源（紅線）顯示出通常與外部驅(qū)動器相關(guān)的不可避免的寄生阻抗。在主板（藍(lán)線）附近集成驅(qū)動器和控制器的集成架構(gòu)允許 LED 在 300-500 ns 時間范圍內(nèi)實現(xiàn)全功率，并提供持續(xù)時間在微秒范圍內(nèi)的可重復(fù)、高強(qiáng)度脈沖。脈沖速率和形狀在高速應(yīng)用中很重要，因為過驅(qū)動的 LED 具有有限的占空比，因此每一微秒都很重要。 例如，如果一個過驅(qū)動的 LED 具有 10% 的占空比并且脈沖持續(xù) 1 ms，則它必須再保持關(guān)閉 9ms。LED 需要保持點亮以提供高質(zhì)量、高強(qiáng)度、均勻分布的光的時間越長，占空比越長，從而導(dǎo)致每秒捕獲的圖像越少。

在超速模式下運行時間過長會損壞 LED。 此外，不同的波長或顏色具有不同的最大電流。 在不損壞 LED 的情況下最大化光輸出需要使用當(dāng)今市場上可用的高級驅(qū)動器。 這些驅(qū)動器使用微處理器來提供可重復(fù)的強(qiáng)度控制脈沖。 此類驅(qū)動器應(yīng)該能夠自動設(shè)置每個 LED、波長和應(yīng)用的限制。

通過使用智能集成 LED 驅(qū)動器可以解決光強(qiáng)度挑戰(zhàn)并最大限度地減少模糊，尤其是在高速應(yīng)用中，該驅(qū)動器能夠安全地超速驅(qū)動 LED 以最大限度地提高照明輸出。 使用微處理器的高級照明解決方案還可以提供諸如可以動態(tài)改變其強(qiáng)度的自適應(yīng)照明等功能。 在移動視野 (FOV) 或在覆蓋區(qū)域上聚焦以改變角度、方向或突出顯示特定對象時也可以找到這種場合。

尋找正確的視野

動態(tài)改變系統(tǒng)FOV 的能力需要智能機(jī)器視覺解決方案。 如果一個物體太遠(yuǎn)或太近，它會對圖像質(zhì)量產(chǎn)生重大影響，尤其是在高速時。 連接的設(shè)備正在推動更高水平的集成、控制和實時數(shù)據(jù)。 自適應(yīng)智能機(jī)器視覺解決方案在很大程度上依賴于優(yōu)化與相機(jī)和視覺系統(tǒng)的即插即用集成，以便它們無縫協(xié)同工作。

為了提供適用于自適應(yīng)機(jī)器視覺系統(tǒng)的即插即用解決方案，許多公司設(shè)計了預(yù)建的視覺系統(tǒng)。 除了面向未來的視覺系統(tǒng)之外，基于組件的視覺解決方案還可以提供相同的優(yōu)勢。 與預(yù)建相比，基于組件的系統(tǒng)更靈活，會隨著需求或技術(shù)而變化。

例如，提高高級視覺檢測系統(tǒng)的處理能力可能有助于捕捉隨著時間的推移機(jī)器磨損的細(xì)微變化，從而改進(jìn)系統(tǒng)。 預(yù)建系統(tǒng)很難或不可能升級，并且可能有限或嚴(yán)重依賴外部光源。 在研究自適應(yīng)智能機(jī)器視覺解決方案時，請考慮以下幾點：

可擴(kuò)展性

靈活性

處理限制

照明解決方案

技術(shù)發(fā)展的速度

工業(yè)界的一個共同主題是事半功倍。 單線處理多個產(chǎn)品、包裝和流程。 使用具有自適應(yīng)照明的高級視覺系統(tǒng)可以動態(tài)更改其 FOV 以適應(yīng)需求和實時數(shù)據(jù)。 例如，一個 10 度的鏡頭可以在狹窄的區(qū)域內(nèi)提供最大的投影。 對于較大的區(qū)域，可以使用 50 度廣角鏡頭。 先進(jìn)的解決方案可以將一排三個 LED 與 10 度、30 度和 50 度透鏡混合和匹配，以實現(xiàn) 10 到 50 度之間的均勻、均勻的 FOV。 這種靈活性適用于具有各種尺寸包裝的包裝線。 自適應(yīng)光可以調(diào)整到每個盒子的高度，以減少誤讀標(biāo)簽。

另一個應(yīng)用是機(jī)器對機(jī)器的點膠檢測，例如噴漆或涂膠。 持續(xù)的運動需要一個自適應(yīng)智能系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以記錄、跟蹤和驗證流程是否在規(guī)范范圍內(nèi)完成，而不會占用節(jié)拍時間或占地面積。 檢查過程可能還需要高分辨率圖像來檢測小的缺陷。

使用先進(jìn)的視覺照明解決方案，通過 8 英寸 FOV 以每小時約 100 英里的速度發(fā)射乒乓球以獲得此圖像。光以 1.5 mS 間隔的四個 10 uS 脈沖超速頻閃。球在焦點上，刻字和標(biāo)志清晰可辨。

線掃描成像照明挑戰(zhàn)

先進(jìn)的視覺和檢測流程正在推動相機(jī)分辨率的提高。 隨著相機(jī)分辨率的增加，像素大小通常會減小。 較小的像素通常與降低的全阱容量（像素在引入飽和之前存儲光生電荷的能力）有關(guān)。 可以通過增加增益進(jìn)行補(bǔ)償來增加光靈敏度，但這也會放大圖像噪聲。 隨著像素尺寸的縮小和幀速率的增長，公司需要能夠與其他機(jī)器視覺技術(shù)保持同步的技術(shù)。

為了在更高的速度和光強(qiáng)下保持質(zhì)量，更大的像素可以提供更大的全阱容量。 線掃描相機(jī)通常與更大的像素和更大的光強(qiáng)度相關(guān)聯(lián)，以高速捕獲單條線。 挑戰(zhàn)在于光線不遵循一條線，因此會丟失一些光線，這使得 FOV 很重要。 此外，減小 FOV 會增加放大倍數(shù)。 如果沒有自適應(yīng)鏡頭，較小的 FOV 需要相應(yīng)較高的光強(qiáng)度。 一些線掃描相機(jī)中的小 FOV 

對于增加光強(qiáng)度是不切實際的。

在連續(xù)應(yīng)用中，區(qū)域掃描相機(jī)可以增加照明強(qiáng)度以捕捉傳送帶的一部分、關(guān)閉并在錯過已通過的部分之前再次掃描。 線掃描相機(jī)要做到這一點，它必須連續(xù)掃描。 線掃描相機(jī)的 LED 不會有關(guān)閉周期。 對于零件連續(xù)移動的檢測應(yīng)用，與面掃描相機(jī)相比，線掃描相機(jī)通常是一種具有成本效益的解決方案。 

但是，如果沒有自適應(yīng)智能視覺解決方案，并且取決于速度和 FOV，線掃描相機(jī)可能變得不切實際。

為了解決這一挑戰(zhàn)，公司可能會選擇使用雙條線燈。 這些類型的產(chǎn)品具有智能功能，是前兩個挑戰(zhàn)的結(jié)合，它們無縫地協(xié)同工作，提供必要的 FOV 和強(qiáng)度，使線掃描相機(jī)成為實用、經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。此外，如果使用區(qū)域掃描相機(jī)，或者以后升級到，照明很容易適應(yīng)新技術(shù)。 雙條燈可以通過藍(lán)牙連接以改變強(qiáng)度、FOV 等，因為線條會隨著時間的推移而變化。

隨著行業(yè)要求更高的速度，以及更多的更少，機(jī)器視覺提供了一個解決方案。 在為您的應(yīng)用研究解決方案時，請務(wù)必考慮光強(qiáng)度、FOV 和線掃描相機(jī)方面的挑戰(zhàn)。 尋找能夠處理和適應(yīng)生產(chǎn)速度和不斷變化的技術(shù)的智能照明解決方案。 

具有基于組件的自適應(yīng)智能軟件的靈活硬件將幫助您的公司保持在機(jī)器視覺解決方案的領(lǐng)先地位。