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Types d'éclairage courants
Edmund Optics Ltd

Types d'éclairage courants

Cette note correspond à la Section 11.1 du Guide de Ressources en Imagerie

Souvent, un client se débat avec des problèmes de contraste et de résolution dans un système d'imagerie, tout en sous-estimant le pouvoir d'un éclairage approprié. En fait, la qualité d'image souhaitée peut généralement être obtenue en améliorant l'éclairage d'un système plutôt qu'en investissant dans des détecteurs, des objectifs d'imagerie et des logiciels à plus haute résolution. Les intégrateurs de systèmes doivent se rappeler que l'intensité lumineuse de l'image finale dépend directement de la sélection des composants.

Un éclairage correct est essentiel pour un système d'image et un éclairage incorrect peut causer une variété de problèmes d'image. Le blooming ou les points chauds, par exemple, peuvent cacher des informations importantes de l'image, tout comme l'ombrage. En outre, l'ombrage peut également entraîner de faux calculs de bords lors de la mesure, ce qui se traduit par des mesures inexactes. Un mauvais éclairage peut également entraîner un faible rapport signal/bruit. Un éclairage non uniforme, en particulier, peut nuire aux rapports signal/bruit et rendre plus difficiles des tâches telles que le seuillage. Ce ne sont là que quelques-unes des raisons pour lesquelles un éclairage correct de votre application est si important.

Les pièges d'un éclairage inadéquat sont clairs, mais comment les éviter ? Pour garantir un éclairage optimal lors de l'intégration d'un système, il est important de reconnaître le rôle que joue le choix des bons composants. Chaque composant affecte la quantité de lumière incidente sur le capteur et, par conséquent, la qualité d'image du système. L'ouverture de l'objectif d'imagerie (f/#) a un impact sur la quantité de lumière incidente sur la caméra. L'éclairage doit augmenter à mesure que l'ouverture de l'objectif se ferme (c'est-à-dire que le f/# est plus élevé). Les objectifs de forte puissance nécessitent généralement un éclairage plus important, car les petites zones vues renvoient moins de lumière dans l'objectif. La sensibilité minimale de la caméra est également importante pour déterminer la quantité minimale de lumière nécessaire dans le système. En outre, les paramètres de la caméra, tels que le gain, la vitesse d'obturation, etc., affectent la sensibilité du capteur. L'éclairage par fibre optique implique généralement un illuminateur et un guide de lumière, chacun d'entre eux devant être intégré pour optimiser l'éclairage à l'endroit où se trouve le capteur.

Tableau 1 : Principales unités photométriques
1 bougie-pied = 1 lumen/ft2
1 bougie-pied = 10,764 bougies-mètres
1 bougie-pied = 10,764 lux
1 bougie = 1 lumen/stéradian
1 bougie = 3,142 x 10-4 Lambert
1 Lambert = 2,054 bougies/in2
1 lux = bougie-mètre
1 lux = 0,0929 bougies-pieds
1 bougie-mètre = 1 lumen/m2

L'intensité lumineuse de nos produits d'éclairage est généralement spécifiée en termes de bougies-pieds (footcandle, unité anglaise). Le lux, l'unité SI équivalente, peut être relié aux bougies-pieds comme suit : 1 lux = 0,0929 bougies-pieds.

Tableau 2 : Comparaison des éclairages
Exigence de l'applicationObjet inspectéType d'éclairage suggéré
Réduction de la spécularité Objet brillant Diffus frontal, diffus axial, polarisant
Éclairage uniforme de l'objet Tout type d'objet Frontal diffus, axial diffus, anneaux lumineux
Mise en évidence des défauts de surface ou de la topologie Objet presque plat (2-D) Lumière structurée et unidirectionnelle
Mise en évidence de la texture de l'objet grâce aux ombres Tout type d'objet Lumière directionnelle et structurée
Réduire les ombres Objet avec protubérances, objet 3D Frontal diffus, axial diffus, anneaux lumineux
Mettre en évidence les défauts de l'objet Objet transparent Fond noir
Objet en silhouette Tout type d'objet Rétroéclairage
Profilage de la forme d'un objet en 3-D Objet avec protubérances, objet 3D Lumière structurée

Types d'éclairage

Un éclairage approprié étant souvent le facteur déterminant entre le succès et l'échec d'un système, de nombreux produits et techniques spécifiques ont été développés pour surmonter les obstacles les plus courants en matière d'éclairage. La mire utilisée dans cette section a été développée pour démontrer les forces et les faiblesses de ces différents schémas d'éclairage pour une variété de caractéristiques d'objets. Les rainures, les couleurs, les déformations de la surface et les zones spéculaires de la mire représentent certains des problèmes courants qui peuvent exiger une attention particulière dans les applications réelles.

Illustration 3D de la mire

 

Éclairage directionnel – Éclairage ponctuel provenant d'une ou de plusieurs sources. Il est possible d’utiliser des optiques supplémentaires pour concentrer ou répartir l'éclairage.
Avantages Lumineux, flexible, et peut être utilisé dans diverses applications. S'insère facilement dans différents emballages.
Inconvénients Ombres et éblouissements.
Produits utiles Guides de lumière en fibre optique, assemblages de focalisation, spots lumineux LED et lumière incandescente.
Application Inspection et mesure d'objets mats et plats.
Éclairage directionnelle sur une mire
Configuration de l'éclairage directionnel

 

Éclairage brillantÉclairage ponctuel similaire à l'éclairage directionnel, mais avec un angle d'incidence élevé.
Avantages Montre la structure de la surface et améliore la topographie de l'objet.
Inconvénients Points chauds et ombres extrêmes.
Produits utiles Guides lumineux en fibre optique, assemblages de focalisation, spots lumineux LED et guides lumineux à incandescence et guides guides lumineux linéaires ???.
Application Identification des défauts d'un objet en profondeur et examen de la finition des objets opaques.
Éclairage brillant sur une mire
Configuration de l'éclairage brillant

 

Éclairage diffus Lumière diffuse et uniforme provenant d'une source étendue.
Avantages Réduit l'éblouissement et fournit un éclairage uniforme.
Inconvénients Grand et difficile à placer dans des espaces confinés.
Produits utiles Lumières fluorescentes linéaires.
Application Idéal pour l'imagerie de grands objets brillants avec de grandes distances de travail.
Éclairage diffus sur une mire
Configuration de l'éclairage diffus

 

Anneau lumineuxÉclairage coaxial qui se monte directement sur un objectif.
Avantages Se monte directement sur l'objectif et réduit les ombres. Éclairage uniforme lorsqu'il est utilisé aux bonnes distances.
Inconvénients Éblouissement circulaire dû aux surfaces réfléchissantes. Ne fonctionne que sur des distances de travail relativement courtes.
Produits utiles Anneaux lumineux fibre optique et anneaux lumineux fluorescents ; anneaux lumineux LED.
Application Une grande variété de systèmes d'inspection et de mesure avec des objets mats.
Éclairage à anneaux lumineux sur une mire
Configuration de l'éclairage à anneaux lumineux

 

Éclairage axial diffusLumière diffuse en ligne avec l'optique. L'objectif regarde à travers un séparateur de faisceaux qui réfléchit la lumière sur l'objet. L'éclairage est coaxial à l'accès d'imagerie.
Avantages Très uniforme et diffus ; réduit considérablement les ombres ; très peu d'éblouissement.
Inconvénients Grand et difficile à monter ; distance de travail limitée ; faible débit de sorte que plusieurs sources de fibres optiques peuvent être nécessaires pour fournir un éclairage suffisant.
Produits utiles Connecteur pour lumière axiale diffuse à fibres optiques Illuminateurs à fibres optiques simples ou multiples. Faisceaux de fibres simples, doubles ou quadruples selon la taille de l'accessoire et le nombre d'illuminateurs utilisés. lluminateur axial diffus à LED.
Application Mesures et inspection d'objets brillants.
Éclairage axial diffus sur une mire
Configuration de l’éclairage axial diffus

 

Lumière structurée (générateurs de ligne)Motifs qui sont projetés sur l'objet. Il s'agit généralement de lignes, de spots, de grilles ou de cercles projetés par laser.
Avantages Améliore les caractéristiques de surface en fournissant un éclairage intense sur une petite zone. Peut être utilisé pour obtenir des informations sur la profondeur de l'objet.
Inconvénients Peut provoquer un phénomène de blooming et est absorbé par certaines couleurs.
Produits utiles Lasers avec des optiques générant des lignes ou des motifs diffractifs.
Application Inspection d'objets tridimensionnels pour détecter les caractéristiques manquantes. Mesures de topographie.
Lumière structurée sur une mire
Configuration de l'éclairage à lumière structurée

 

Lumière polarisée Un type d'éclairage directionnel qui utilise la lumière polarisée pour éliminer les spécularités et les points chauds.
Avantages Fournit un éclairage uniforme sur toute la surface de l'objet polarisé. Réduit l'éblouissement pour rendre les caractéristiques de la surface discernables.
Inconvénients L'intensité globale de la lumière est réduite après le placement d'un filtre polarisant devant la source lumineuse et/ou l'objectif d'imagerie.
Produits utiles Filtres de polarisation et adaptateurs polariseur/analyseur.
Application Mesures et inspection d'objets brillants.
Lumière polarisée sur une mire
Configuration de la lumière polarisée

 

Fond noir La lumière pénètre dans un objet transparent ou translucide par les bords perpendiculaires à l'objectif.
Avantages Contraste élevé des détails internes et de surface. Met en valeur les rayures, les fissures et les bulles des objets transparents.
Inconvénients Mauvais contraste des bords. Pas utile pour les objets opaques.
Produits utiles Connecteur à fibre optique pour éclairage à fond noir, guides de lumière linéaires et générateurs de lignes laser.
Application Inspection du verre et du plastique.
Éclairage fond noir sur une mire
Configuration de l’éclairage à fond noir

 

Fond clair/rétroéclairageL’objet est éclairé par derrière. Utilisé pour silhouetter des objets opaques ou pour obtenir des images à travers des objets transparents.
Avantages Contraste élevé pour la détection des bords.
Inconvénients Élimine les détails de surface.
Produits utiles Rétroéclairage à fibre optique et rétroéclairage à LED.
Application Mires de test, détection des bords, mesure d'objets opaques et tri d'objets colorés translucides.
Éclairage à fond clair/rétroéclairage sur une mire
Configuration à éclairage a fond clair/rétroéclairage sur une mire

 

Le filtrage permet d'obtenir différents niveaux de contraste.

Des exemples illustrent l’éclairage en fond noir et en rétroéclairage avec des filtres de couleur assortis. Remarque : Images prises avec l’objectif zoom proche mise au point 10X #54-363: Champ de vision = 30 mm, distance de travail = 200 mm.

Fond noir uniquement
Fond noir uniquement Les défauts apparaissent en blanc
Fond noir avec filtre bleu
Fond noir avec filtre bleu Les défauts apparaissent en bleu.
Fond noir et rétroéclairage
Fond noir et rétroéclairage Aucun filtre n'est utilisé, mais le contraste des bords est amélioré.
Fond noir sans filtre et rétroéclairage avec filtre jaune
Fond noir sans filtre et rétroéclairage avec filtre jaune Améliore le contraste général, les défauts apparaissent en blanc par rapport au reste du champ.

Amélioration de l'image à l'aide de polariseurs

Un polariseur est utile pour éliminer les réflexions spéculaires (éblouissement) et faire ressortir les défauts de surface d'une image. Un polariseur peut être monté soit sur la source lumineuse, soit sur l'objectif vidéo, soit sur les deux, selon l'objet à inspecter. Lorsque deux polariseurs sont utilisés, un sur la source d'éclairage et un sur l'objectif vidéo, leurs axes de polarisation doivent être orientés perpendiculairement l'un par rapport à l'autre. Voici des solutions de polarisation aux problèmes d'éblouissement pour plusieurs types de matériaux et circonstances.


Problématique 1

L'objet est non métallique et l'éclairage le frappe à un angle aigu.

Solution 1

Un polariseur sur l'objectif est généralement suffisant pour bloquer les éblouissements. (Faites tourner le polariseur jusqu'à ce que l'éblouissement soit minimal.) Ajoutez un polariseur devant la source lumineuse si l'éblouissement est toujours présent.

Sans polariseurs
Sans polariseurs
Avec polariseurs
Avec polariseurs

Problématique 2

L'objet a une surface métallique ou brillante.

Solution 2

Il est recommandé de monter un polariseur sur la source lumineuse ainsi que sur l'objectif pour améliorer le contraste et faire ressortir les détails de la surface. La lumière polarisée incidente sur la surface brillante restera polarisée lorsqu'elle sera réfléchie. Les défauts de surface du métal modifieront la polarisation de la lumière réfléchie. En tournant le polariseur de l'objectif de façon à ce que son axe de polarisation soit perpendiculaire à celui de la source d'éclairage, on réduit l'éblouissement et on rend visibles les rayures et les creux de la surface.

Sans polariseurs
Sans polariseurs
Avec polariseurs
Avec polariseurs

Problématique 3

L'objet présente à la fois des zones très réfléchissantes et des zones diffuses.

Solution 3

L'utilisation de deux polariseurs orientés perpendiculairement élimine les points chauds de l'image causés par les parties métalliques. Le reste du champ sera uniformément éclairé grâce aux zones diffuses qui réfléchissent la lumière polarisée de façon aléatoire vers l'objectif.

Sans polariseurs
Sans polariseurs
Avec polariseurs
Avec polariseurs
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