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Choisir la Correcte Illumination
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Choisir la Correcte Illumination

Les clients ont souvent des problèmes avec le contraste et la résolution dans un système d'imagerie tout en sous-estimant la puissance d'une propre illumination. En fait, la qualité d'image désirée peut généralement être atteinte en améliorant l'illumination d'un système au lieu d'investir dans des détecteurs de résolution plus élevée, objectifs d'imagerie et logiciel. Intégrateurs de système devraient se rappeler qu'une haute intensité de lumière dans l'image finale est directement dépendante de la sélection du composant.

Une correcte illuminatique est critique à un sytsème d'image et impropre illumination peut causer une variéte de problèmes d'image. Eblouissement ou points chauds, par exemple, peuvent cacher une information d'image importante, comme l'ombrage. En addition, l'ombrage peut aussi causé de mauvais calculs des bords, résultant en des mesures imprécises. Une pauvre illumination peut aussi résulter en un faible signal-bruit. Eclairage non-uniforme, en particulier, peut endommager le rapport signal-bruit et rendre des tâches telles que le seuil plus difficiles. Celles-ci ne sont que quelques raisons de l'importance d'une correcte illumination.

Les défauts d'une illumination impropre sont clairs, mais comment les éviter ? Pour assurer une illumination optimale lors de l'intégration d'un système, il est important de reconnaître le rôle que les corrects composants ont à jouer. Se référer à la page 266 pour avantages et inconvénients de différentes méthodes d'illumination et ci-dessous les effets de l'utilisation de filtres et de polariseurs. Tous les composants affectent la somme de lumière incidente sur le capteur, et par conséquence, la qualité d'image du système. L'ouverture (f/#) de l'objectif d'imagerie est un impact sur la somme de lumière incidente sur la caméra. L'illumination devrait être augmentée lorsque l'ouverture objectif est fermée (c'est à dire f/# plus élevé). Objectifs de haute puissance nécéssitent généralement plus d'llumination, puisque de plus petites aires visionnées réfléchissent moins de retour de lumière sur l'objectif. La sensibilité minimale de la caméra est aussi importante pour dtéerminer la somme minimale de lumière nécéssaire dans le système. En addition, les paramètres de caméra CCD tels que le gain, vitesse d'obturation, etc…affectent la sensibilité du capteur. L'illumination fibre optique implique habituellement un illuminateur et guide de lumière, chacun devant être intégré pour optimiser l'éclairage de l'objet.

Key Photometric Units
1 footcandle = 1 lumen/ft2
1 footcandle = 10.764 meter candles
1 footcandle = 10.764 lux
1 candle = 1 lumen/steradian
1 candle = 3.142 x 10-4 Lambert
1 Lambert = 2.054 candle/in2
1 lux = meter candle
1 lux = 0.0929 footcandle
1 meter candle = 1 lumen/m2

L'intensité de lumière pour nos produits d'illumination est généralement spécifiée en termes de footcandles (Unité Britannique). Lux, l'unité équivalente SI, peut être en corrélation aux footcandles comme suivant : 1 Lux = 0.0929 Footcandle. Voir ci-dessus pour plus de conversions photométriques.

Table 2: Illumination Comparison
Besoins d'ApplicationsType d'Objet sous InspectionIllumination Type Suggérée
Réduction of Spécularité Objet Brillant Diffus Front, Diffus Axial, Polarisant
Illumination Égale de l'Objet N'Importe Lequel Diffuse Front, Diffuse Axial, Anneau Lumineux
Fait ressortir les Défauts de Surface ou Topologie Objet Presque Plat (2-D) Single Directional, Lumière Structurée
Highlight Texture of Object with Shadows N'Importe Lequel Lumière Directionnelle, Structurée
Réduit l'Ombrage Objet avec Protrusions, Objet 3-D Diffus Front, Diffus Axial, Anneau Lumineux
Fait Ressortir les Défauts à l'Intérieur de l'Objet Objet Transparent Dark Field
Détourage de l'Objet N'Importe Lequel Rétroéclairage
Profilage 3-D de l'objet Objet avec Protrusions, Objet 3-D Lumière Structurée

Types d'Illumination

Puisque la bonne illumination est souvent le facteur décisif entre l'échec ou la réussite d'un système, plusieurs produits et techniques spécifiques ont été développés afin de surmonter les obstacles d'illumination les plus fréquents. La mire utilisée pendant toute cette partie était développée pour démontrer les forces et faiblesses de ces systèmes d'illumination différents pour une grande variété des caractéristiques d'objet. Les rainures, couleurs, déformations de surface et zones spéculaires sur la mire représentent quelque des domaines de problème fréquents qui peuvent nécessiter une attention particulière dans certaines applications.

3D Illustration of Target

 

Illumination DirectionnelleDirigez l'illumination de sources simples ou multiples. Des objectifs peuvent être utilisés pour focaliser ou étendre l'illumination.
Le Pour: Lumineux, flexible, et peut être employé dans diverses applications. Convient facilement aux différentes contraintes. Unifomité peut être obtenue avec des sources multiples.
Le Contre: Ombragement et lueur.
Les Produits Employés: Guide lumineux de fibre optiquen assemblage de mise au point, lumières de DEL, et lumière incandescente.
Applications: Inspection et mesure des objets mats et plats.
Directional Illumination on a Target
Directional Illumination Setup

 

Illumination ObliquePoint Illumination de source de point semblable à l'illumination directionnelle, excepté à un angle d'incidence pointu.
Le Pour: Montre la surface de structure et augmente la topographie d'objet.
Le Contre: Points chauds et ombragement extrême.
Produits Employés: Guides lumineux de fibre optique, assemblage de mise au point, lumières de DEL, et guides légers incandescents de lumière et de ligne.
Applications: Identification de défauts dans un objet en profondeur et examiner la finition des objets opaques.
Glancing Illumination on a Target
Glancing Illumination Setup

 

Illumination DiffuseLumière diffuse égale d'une source étendue.
Le Pour: Réduit la lueur et fournit l'illumination égale.
Le Contre: Large et difficile à adapter dans les espaces confinés.
Produits Employés: Lumières linéaires fluorescentes (montrées à droite).
Applications: Meilleur pour une imagerie large, objets brillants avec de grandes distances de travail.
Diffuse Illumination on a Target
Diffuse Illumination Setup

 

Lumière d'AnneauIllumination coaxiale qui se monte directement sur un objectif.
Le Pour: Se monte directement à l'objectif et réduit l'ombragement. Illumination uniforme une fois utilisée aux distances appropriées.
Le Contre: Modèle de lueur circulaire de surfaces réfléchissantes. Fonctionne seulement dans des distances de travail relativement courtes.
Produits Employés Guides optiques de lumière d'anneau de fibre et lumières fluorescentes d'anneau; Lumières d'anneau de DEL.
Applications: Grande variété de systèmes d'inspection et de mesures avec les objets mats.
Ring Light Illumination on a Target
Ring Light Illumination Setup

 

Illumination Diffuse AxialeDiffuse Diffuse avec le systeme optique. L'objectif regarde par un diviseur de faisceau qui réfléchit la lumière sur l'objet. L'illumination est coaxiale à l'accès de formation image.
Le Pour: Très égal et diffus; réduit considérablement l'ombragement; lueur très petite.
Le Contre: Large et difficile à monter; distance de travail limitée; basse sortie telles que les sources optiques de fibre multiple peuvent être nécessaires pour fournir l'illumination suffisante.
Produits Employés: Attachement axial diffus. Blocs d'éclairage optiques de fibre simple ou multiple. Paquets seuls, duels, ou de quadruple fibres selon la taille de l'attachement et du nombre de blocs d'éclairage utilisés. Bloc d'éclairage axial diffus de DEL.
Applications: Mesures et inspection des objets brillants.
Diffuse Axial Illumination on a Target
Diffuse Axial Illumination Setup

 

Lumière Structurée (Générateurs De Ligne) - Modèles qui sont projetés sur l'objet. Typiquement lignes, tâches, grilles, ou cercles projetés par laser.
Le Pour: Augmente les dispositifs extérieurs en fournissant l'illumination intense au-dessus d'un petit secteur. Peut être employé pour obtenir l'information de profondeur de l'objet.
Le Contre: Absorbée par quelques couleurs.
Les Produits Employés: Lasers avec générateur de ligne ou modèle diffractif.
Applications: Inspection des objets tridimensionnels pour les dispositifs absents. Mesures de topographie.
Structured Light Illumination on a Target
Structured Light Illumination Setup

 

Lumière PolariséeUn type d'illumination directionnelle rendant l'utilisation lumineuses polarisée de retirer les points chauds et des specularités.
Le Pour Procure une illumination égale et uniforme sur la surface entière de l'objet sous inspection. Réduit la lueur pour rendre les traits de surface discernibles.
Le Contre L'intensité totale de lumière est plus faible à travers le polariseur/objectif d'imagerie.
Les Produits Employés Filtres de Polarisation et adaptateurs de Polarisateur/Analyseur.
Applications La mesure et inspection des objets brillants.
Polarized Light on a Target
Polarized Light Setup

 

Darkfield - La lumière entre un objet transparent ou translucide par les bords perpendiculaires de l'objectif.
Le Pour: La lumière entre un objet transparent ou translucide par les bords perpendiculaires de l'objectif.
Le Pour: Contraste élevé des détails internes et extérieurs. Augmente éraflures, fissures, et bulles dans les objets clairs.
Le Contre: Contraste de bord faible. Non utile pour les objets opaques.
Les Produits Employés: Attachement optique de darkfield de fibre, guides légers de ligne, et générateurs de ligne de laser.
Applications: Inspection de verre et en plastique.
Darkfield Illumination on a Target
Darkfield Illumination Setup

 

Brightfield/BacklightL'objet est allumé par derrière. Utilisé pour les objets opaques ou pour la formation image par les objets transparents.
Le Pour: Contraste élevé pour la détection de bord.
Le Contre: Élimine le détail extérieur.
Produits Utilisés: Contre-jours optiques de fibre et contre-jours de DEL.
Applications: Cibles et cartes-test, détection de bord, mesure des objets opaques et assortir d'objets colorés translucides.
Brightfield/Blacklight Illumination on a Target
Brightfield/Blacklight Illumination Setup

 

Filtrage Procure des Niveaux Variables de Contraste

Les exemples illustrent l'illumination à champ sombre et de lumière arrière avec les filtres de couleurs assortis. Images prises avec Objectif Zoom à Proche Mise au Point, Distance Focale 13 - 130mm (#54-363) Champ de Vision = 30mm, Distance de Travail = 200mm

Darkfield Only
Champ sombre uniquement Défauts apparaissent blanc.
Darkfield with Blue Filter
Champ sombre avec un filtre bleu Défauts apparaissent bleu.
Darkfield and Backlight
Champ sombre et Lumière Arrière Aucun filtre n'est utilisé, mais le contraste aux bords s'améliore.
Darkfield without Filter and Backlight with Yellow Filter
Champ sombre (pas de filtre) avec lumière arrière (filtre jaune) Améliore le contraste dans sa totalité, défauts sont en blanc en contraste au reste du champ.

Images Améliorées en Utilisant des Polariseurs

Un polariseur est utile pour éliminer les réflexions et faire ressortir les défauts dans une image. Un polariseur peut être monté soit sur la source de lumière, sur l'objectif vidéo, ou sur les deux dépendant de l'objet sous inspection. Lorsque deux polariseurs sont utilisés, l'un sur la source d'illumination et l'un sur l'objectif vidéo, leurs axes de polarisation doivent être orientés perpendiculaires à chacun d'entre eux. Ce qui suit sont des solutions de polarisation pour des porblèmes d'éblouissement pour ne nombreux types de matériaux.


Problème 1

Lorsque l'objet est non-métallique et l'illumination l'aborde à un angle direct:

Solution 1

Un polariseur sur l'objectif est généralement suffisant pour bloquer l'éblouissement. (Tournez le polariseur jusqu'à que l'éblouissement soit au miniumum). Ajoutez un polariseur au devant de la source de lumière si l'éblouissement est toujours présent.

Without Polarizers
Sans Polariseurs
Using Polarizers
Avec Polariseurs

Problème 2

Lorsque l'obejt est une surface brillante ou métallique:

Solution 2

Montez un polariseur sur la source de lumière ainsi que sur l'objectif est recommandé pour améliorer le contraste et faire ressortir les défauts. La lumière incidente polarisée sur la surface brillante restera polarisée lorsqu'elle est réfléchit. Les défauts de surface sur le métal altereront la polarsiation de la lumière réfléchit. Tournez le polariseur sur l'objectif pour que son axe de polarisation soit perpendiculaire donc la source d'illumination réduira l 'éblouissement et rende les éraflures de surface visibles.

Without Polarizers
Sans Polariseurs
Using Polarizers
Avec Polariseurs

Problème 3

Lorsque l'objet à des aires hautement réfléchies et diffuses:

Solution 3

En utilisant deux polariseurs avec orientation perpendiculaire élimineront les points chauds dans l'image causée par les parties métalliques. Le reste du champ sera illuminé de façon égale du fait des aires diffuses réfléchissantes polarisées au hasard à l'objectif.

Without Polarizers
Sans Polariseurs
Using Polarizers
Avec Polariseurs

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