La lumière ambiante désigne toute lumière atteignant le capteur de la caméra qui ne provient pas de la source d’éclairage contrôlée du Système de Vision. Dans les environnements industriels, la lumière ambiante est toujours présente. Les tubes fluorescents ou LED suspendus au plafond, les puits de lumière, la lumière provenant des machines adjacentes et les reflets sur les surfaces ajoutent tous un éclairage indésirable à la zone d’inspection.
La lumière ambiante entraîne des problèmes d’imagerie de deux manières. Elle ajoute à l’image un niveau d’éclairage de fond incontrôlé, ce qui réduit le contraste entre l’élément éclairé et l’arrière-plan. Elle évolue également au fil du temps à mesure que les conditions dans l’usine changent — changements d’équipe, variations saisonnières de la lumière du jour, cycles de fonctionnement des machines voisines —, de sorte que les caractéristiques de l’image varient même lorsque la pièce inspectée n’a pas changé.
Comment la lumière ambiante entraîne des acceptations erronées et des rejets erronés
Un algorithme de vision industrielle est entraîné ou configuré pour détecter des caractéristiques à un niveau de contraste spécifique. Lorsque la lumière ambiante modifie l’éclairage effectif de la pièce, le niveau de contraste change. Les caractéristiques qui étaient auparavant détectables disparaissent. Les ombres ou les reflets créés par des sources ambiantes génèrent de faux signaux de bord. Il en résulte des taux de faux rejets plus élevés, des taux de fausses acceptations plus élevés, ou les deux.
Le problème est souvent intermittent. Le système fonctionne correctement lors de la Mise en Service dans un environnement contrôlé, puis commence à générer des erreurs en production. Le taux d’erreur varie selon les équipes, les saisons ou les moments de la journée. Pour identifier la lumière ambiante comme cause première, il est nécessaire de procéder à des mesures systématiques de l’environnement d’inspection dans différentes conditions ambiantes.
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Sources de lumière ambiante d’usine
Connaître les caractéristiques des sources de lumière ambiante présentes dans une usine permet de choisir la stratégie de rejet la plus efficace.
Éclairage par tubes fluorescents et LED
Les tubes fluorescents émettent un large spectre couvrant l’ensemble des longueurs d’onde visibles. Leur lumière clignote à une fréquence double de celle du réseau électrique : 100 Hz en Europe et 120 Hz en Amérique du Nord. Ce scintillement peut interagir avec la cadence d’acquisition des caméras et entraîner des variations périodiques de la luminosité de l’image. Les tubes LED modernes destinés à remplacer les tubes fluorescents présentent également un scintillement, bien qu’à des fréquences plus élevées qui peuvent être moins perceptibles par les caméras dont la cadence d’acquisition est plus faible.
Les tubes LED présentent généralement un pic spectral marqué dans le bleu et le jaune-vert.
Si l’illuminateur de vision industrielle fonctionne dans le rouge ou dans le Proche Infrarouge, un filtre Passe-bande adapté à la longueur d’onde de l’illuminateur rejette une grande partie de la lumière émise par le tube fluorescent.
Lanterneaux et lumière du soleil
La lumière naturelle est une source à large spectre couvrant les longueurs d’onde allant des UV au NIR (Proche Infrarouge). Son intensité varie considérablement en fonction des conditions météorologiques, de l’heure de la journée et de la saison. Les installations dotées de lucarnes ou de grandes baies vitrées sont particulièrement exposées aux variations d’inspection induites par la lumière du jour. Les lucarnes situées à proximité du poste d’inspection peuvent projeter une lumière directe ou diffuse sur la pièce, dont l’intensité évolue tout au long de la journée.
La lumière du jour est la source de lumière ambiante la plus difficile à éliminer par filtrage spectral, car elle couvre l’ensemble du spectre visible et du NIR (Proche Infrarouge). Les solutions structurelles — boîtiers, déflecteurs ou rideaux occultants — constituent souvent l’approche la plus efficace pour les puits de lumière.
Éclairement des machines adjacentes
D’autres systèmes de Vision Industrielle situés à proximité, les arcs de soudage, la lueur des fours et les voyants lumineux constituent autant de sources d’éclairage localisées dont la lumière peut atteindre le poste d’inspection. Ces sources émettent souvent à des Longueurs d’Onde spécifiques ou dans des directions précises, ce qui les rend plus faciles à caractériser et à rejeter que les sources à large bande.
Stratégie n° 1 : Filtres Optiques Passe-bande
Un filtre optique Passe-bande monté devant l’objectif de la caméra ne laisse passer qu’une gamme étroite de Longueurs d’Onde centrée sur la Longueur d’Onde de l’Illuminateur et bloque toutes les autres. Si l’illuminateur pour Vision Industrielle émet dans le Proche Infrarouge à 850 nm et que la caméra est équipée d’un Filtre Passe-bande de 850 nm, la caméra ne perçoit que la lumière émise par l’illuminateur à 850 nm. La lumière ambiante visible, qui ne contient que très peu d’émission à 850 nm, est bloquée.
Cette stratégie nécessite que l’illuminateur émette à une longueur d’onde distincte de celle des sources ambiantes dominantes. L’éclairage dans le Proche Infrarouge est particulièrement efficace, car la plupart des sources ambiantes en usine émettent principalement dans le spectre visible. Le capteur de la caméra doit être sensible à la longueur d’onde NIR choisie, ce qui est le cas des capteurs monochromes standard à base de silicium.
Des filtres Passe-bande sont disponibles pour les longueurs d’onde standard des LED : UV à 365 nm, bleu à 470 nm, vert à 525 nm, rouge à 617 nm, ainsi que NIR (Proche Infrarouge) à 780 nm, 850 nm et 940 nm. La bande passante du filtre — généralement comprise entre 10 nm et 50 nm — détermine son efficacité à rejeter le rayonnement hors Longueur d’Onde tout en conservant la transmission du rayonnement de l’Illuminateur à la Longueur d’Onde souhaitée.
Stratégie n° 2 : mode stroboscopique avec des Temps d’Exposition courts
Le Temps d’Exposition de l’appareil photo détermine la durée pendant laquelle le capteur intègre la lumière incidente. Une exposition courte réduit la quantité totale de lumière ambiante captée par image, car la source ambiante n’y contribue que pendant un temps plus court. L’illuminateur contrôlé, fonctionnant en mode stroboscopique à une intensité de crête élevée, délivre une grande quantité de lumière en une impulsion très courte. Le rapport entre le signal de l’illuminateur et le fond ambiant augmente à mesure que le temps d’exposition diminue.
Le mode stroboscopique permet également de figer le mouvement. Une pièce se déplaçant à grande vitesse sur un Convoyeur Haute Vitesse reste nette sur l’image si le temps d’exposition est suffisamment court. Cela présente un double avantage dans le cadre d’une inspection à grande vitesse, où le flou de mouvement et le Rejet de la Lumière Ambiante sont tous deux des facteurs importants.
Les illuminateurs RODER Vision prennent en charge le mode stroboscopique déclenché via un signal d’entrée numérique. La durée de l’impulsion stroboscopique est généralement réglée entre 10 µs et 2 ms, en fonction de l’intensité requise et des besoins en matière de figement du mouvement. Avec un temps d’exposition de 100 µs, la plupart des sources de lumière ambiante présentes en usine ne contribuent qu’à moins de 1 % du niveau de signal d’un Illuminateur stroboscopique correctement spécifié.
Stratégie n° 3 : Boîtiers physiques et déflecteurs
Un boîtier physique entourant la zone d’inspection élimine la lumière ambiante en bloquant son passage vers la pièce et la caméra. Il s’agit de la stratégie la plus efficace lorsque le filtrage spectral et les techniques stroboscopiques s’avèrent insuffisants. Un boîtier peint en noir mat à l’intérieur permet de limiter les réflexions internes. Des pièges à lumière placés au niveau de toutes les ouvertures — destinées à l’entrée et à la sortie des pièces — empêchent la lumière ambiante de pénétrer le long du parcours du produit.
Les boîtiers sont couramment utilisés dans les systèmes d’inspection pharmaceutiques et alimentaires où un niveau maximal de Rejet de la Lumière Ambiante est requis. Ils augmentent la complexité mécanique et le coût, et limitent l’accès pour la maintenance. Il convient de peser ces avantages et inconvénients avant de décider si un boîtier est nécessaire.
Les boîtiers partiels ou les déflecteurs — des panneaux qui bloquent certains faisceaux de lumière ambiante sans enfermer complètement le poste de travail — constituent une solution intermédiaire moins coûteuse. Un déflecteur placé de manière à bloquer la lumière directe provenant d’une fenêtre de toit peut suffire si celle-ci constitue la principale source de lumière ambiante.
Stratégie n° 4 : Panneaux d’arrière-plan à champ sombre
Les fonds sombres absorbent la lumière ambiante au lieu de la réfléchir. Dans les applications où l’inspection repose sur l’éclairage par réflexion provenant de la surface de la pièce, le fait de placer un fond noir mat derrière la pièce réduit la lumière ambiante renvoyée vers la caméra par les surfaces du fond. Cela permet d’améliorer le rapport signal/fond sans recourir à un filtrage spectral ni à des boîtiers de protection.
Combiner les stratégies pour une résistance maximale à la lumière ambiante
Les systèmes de vision industrielle les plus performants mettent en œuvre plusieurs stratégies simultanément. Une combinaison courante consiste à utiliser un éclairage NIR associé à un filtre Passe-bande NIR, fonctionnant en mode stroboscopique, à l’intérieur d’un boîtier partiel doté d’un panneau de fond sombre. Chaque niveau de protection réduit l’apport de lumière ambiante. Ensemble, ils permettent d’atteindre un niveau de Rejet de la Lumière Ambiante suffisant pour une utilisation en extérieur ou dans des environnements industriels à forte luminosité ambiante.
Le choix de la combinaison appropriée dépend de l’intensité du problème lié à la lumière ambiante et des contraintes budgétaires liées à l’application. Les systèmes installés dans des salles d’Assemblage Électronique climatisées peuvent se contenter du mode stroboscopique. Les systèmes installés dans des usines dotées de puits de lumière à proximité d’équipements de transformation alimentaire nécessitent généralement un filtrage spectral ainsi que des boîtiers de protection.
Tester la résistance de votre système à la lumière ambiante
Les tests d’immunité à la lumière ambiante consistent à mesurer dans quelle mesure l’image varie lorsque les conditions ambiantes changent. Un test simple consiste à capturer une image de référence en bloquant toutes les sources de lumière ambiante, puis à capturer une deuxième image dans des conditions ambiantes normales. La différence entre les deux images permet de quantifier l’influence de la lumière ambiante. Si cette différence est faible par rapport au contraste des caractéristiques, le système est suffisamment insensible. Dans le cas contraire, des mesures supplémentaires de rejet sont nécessaires.
Les essais doivent porter sur les conditions ambiantes les plus défavorables : lumière du jour maximale provenant des puits de lumière en été, tous les éclairages de l’usine allumés et les machines voisines en fonctionnement. Un système qui ne réussit les essais que la nuit ou uniquement en hiver ne constitue pas une installation fiable.
Produits et technologies
Gammes d’illuminateurs Roder Vision pour le Rejet de la Lumière Ambiante
Les gammes Roder Vision présentées ci-dessous conviennent aux applications nécessitant un fort Rejet de la Lumière Ambiante. Chacune d’entre elles est disponible dans les Longueurs d’Onde NIR (Proche Infrarouge) et prend en charge le fonctionnement en mode stroboscopique.
DL6 – Matrice de LED à haute densité
Disponible en NIR (Proche Infrarouge) à 850 nm et 940 nm. Intensité de pic élevée en mode stroboscopique. Stabilité thermique HTTM. Idéal pour les environnements industriels à température ambiante élevée.
DL5 – Matrice de LED Haute Intensité
Une intensité de crête très élevée en mode stroboscopique l’emporte sur les sources ambiantes. Disponible en rouge et en NIR (Proche Infrarouge). Capacité à émettre des impulsions courtes pouvant descendre jusqu’à 10 µs.
DC6 – Anneau LED haute densité
Illuminateur annulaire compact dans les longueurs d’onde du NIR (Proche Infrarouge), doté d’une entrée de déclenchement stroboscopique. Convient aux applications sur robot et sur convoyeur dans des environnements à température ambiante élevée.
BL3 — Rétroéclairages à LED
Disponible dans les longueurs d’onde NIR (Proche Infrarouge) pour l’inspection en mode transmission avec une forte réjection de la lumière ambiante. Grande uniformité. Compatible avec le déclenchement stroboscopique.
Questions fréquemment posées
Le Rejet de la Lumière Ambiante désigne la capacité d’un système de vision industrielle à maintenir une qualité d’image constante malgré la présence de sources lumineuses non contrôlées dans l’environnement de l’usine. Elle est obtenue grâce à une combinaison de filtrage spectral, d’Éclairage Stroboscopique, de boîtiers de protection et de fonds sombres. Un système présentant une faible capacité de rejet de la Lumière Ambiante produit des résultats d’inspection variables qui dépendent des conditions d’éclairage de l’usine plutôt que de la pièce inspectée.
L’éclairage dans le Proche Infrarouge, à 850 nm ou 940 nm, s’avère efficace car la plupart des sources de lumière ambiante présentes dans les usines, notamment les tubes fluorescents, les tubes LED et la lumière naturelle, émettent principalement dans le spectre visible et présentent un rayonnement dans le Proche Infrarouge relativement faible. Un filtre Passe-bande adapté à la Longueur d’Onde de l’illuminateur NIR bloque la lumière ambiante visible tout en laissant passer l’éclairage NIR provenant de la source contrôlée.
En mode stroboscopique, l’illuminateur émet une impulsion de très courte durée à une intensité de crête élevée, généralement comprise entre 10 microsecondes et 2 millisecondes, l’exposition de la caméra étant synchronisée avec l’impulsion stroboscopique. Étant donné que la lumière ambiante contribue à la durée totale d’exposition tandis que l’illuminateur stroboscopique délivre un signal puissant sous forme d’une impulsion très courte, le rapport entre le signal stroboscopique et le fond ambiant est très élevé lorsque les temps d’exposition sont courts.
Un boîtier de protection physique est nécessaire lorsque le filtrage spectral et le mode stroboscopique ne suffisent pas à réduire la lumière ambiante à des niveaux acceptables. C’est généralement le cas lors d’inspections en extérieur, dans des installations dotées de grandes verrières à proximité du poste d’inspection, ou dans des applications où la géométrie de l’illuminateur et de la caméra empêche l’utilisation d’un filtre Passe-bande efficace. Les boîtiers sont également utilisés dans le cadre des inspections pharmaceutiques et alimentaires, où l’exclusion validée de la lumière ambiante constitue une exigence réglementaire.
Comparez les images capturées avec toutes les sources de lumière ambiante bloquées aux images capturées dans des conditions d’éclairage ambiant normales en usine. Mesurez la différence de valeur des pixels dans la zone d’inspection entre ces deux conditions. Si cette différence est supérieure au contraste des caractéristiques utilisé pour les décisions d’inspection, le système sera affecté par les variations de la lumière ambiante. Effectuez les tests dans les conditions les plus défavorables, notamment en plein soleil d’été et avec tous les éclairages de l’usine allumés.
Contacts et informations
Contact pour informations générales : info@roder.it
Partenaire d’intégration de systèmes et de capteurs : www.roder.it
Division Vision Artificielle de RODER : www.rodervision.com
Division Instruments de RODER : www.innovacheck.com
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