Imagerie multi-longueurs d’onde pour la discrimination des matériaux et l’analyse physico-chimique
- 4 à 16 longueurs d’onde discrètes (multispectral) ou plus de 50 bandes contiguës (hyperspectral) acquises séquentiellement par pixel.
- Les signatures spectrales par pixel permettent la classification des matériaux, la caractérisation des défauts et l’analyse quantitative de composition.
- Idéal pour le tri agricole, l’inspection pharmaceutique, la discrimination des plastiques recyclés, la détection de corps étrangers.
- Commande indépendante des canaux avec synchronisation précise de la caméra, requise pour les mesures spectrales quantitatives.
- La sélection des longueurs d’onde par ACP sur une caractérisation spectrale haute résolution identifie l’ensemble discriminant minimal.
- L’acquisition séquentielle croît linéairement avec le nombre de bandes — l’acquisition simultanée par séparateurs de faisceau dichroïques réduit le temps de cycle à un coût plus élevé.
L’éclairage LED multispectral et hyperspectral fournit plusieurs longueurs d’onde discrètes dans un seul appareil, permettant l’imagerie séquentielle ou simultanée dans différentes bandes spectrales. Le jeu d’images multibande obtenu contient une information spectrale en chaque pixel, exploitable pour la discrimination des matériaux, la caractérisation des défauts, l’analyse physico-chimique et d’autres tâches d’inspection qui dépassent les capacités de l’imagerie monobande. La technique fait le lien entre la vision industrielle traditionnelle et la spectroscopie analytique, apportant une analyse spectrale de niveau laboratoire à l’inspection industrielle.
Principe de fonctionnement de l’éclairage multispectral
Un éclairage multispectral combine plusieurs matrices de LED à différentes longueurs d’onde dans le même appareil, généralement avec une commande électrique indépendante de chaque longueur d’onde. La cible est imagée séquentiellement sous chaque longueur d’onde, produisant une pile d’images qui partagent les mêmes coordonnées spatiales mais diffèrent par leur contenu spectral. L’intensité de chaque pixel à travers la pile définit une signature spectrale qui peut être analysée pour identifier la composition locale du matériau ou pour accentuer le contraste sur des détails spécifiques.
La distinction entre multispectral et hyperspectral tient principalement à la résolution spectrale. Les systèmes multispectraux utilisent un petit nombre (généralement 4 à 16) de longueurs d’onde discrètes choisies pour des applications spécifiques. Les systèmes hyperspectraux utilisent un grand nombre (généralement 50 à plusieurs centaines) de bandes de longueurs d’onde contiguës qui approchent un spectre continu en chaque pixel. En vision industrielle, les configurations multispectrales dominent en raison de leur coût inférieur, de leur temps d’acquisition plus court et de leurs performances suffisantes pour la plupart des tâches de discrimination.
Acquisition séquentielle et simultanée
L’acquisition multispectrale séquentielle image la cible sous chaque longueur d’onde tour à tour, généralement en synchronisation avec l’exposition de la caméra pour produire une image par longueur d’onde. Le temps d’acquisition total croît linéairement avec le nombre de longueurs d’onde, ce qui rend l’acquisition séquentielle inadaptée aux lignes d’inspection très rapides. L’acquisition multispectrale simultanée utilise des séparateurs de faisceau dichroïques et plusieurs caméras pour capturer plusieurs longueurs d’onde en une seule exposition, au prix d’un matériel plus complexe et d’une flexibilité réduite dans le choix des longueurs d’onde.
Applications industrielles typiques
L’éclairage multispectral et hyperspectral est essentiel pour le tri et le calibrage des produits agricoles, où maturité, défauts et contamination produisent des signatures spécifiques à certaines longueurs d’onde ; l’inspection pharmaceutique, où la teneur en principe actif, l’épaisseur d’enrobage et la contamination peuvent être quantifiées à partir de mesures spectrales ; l’inspection des produits alimentaires pour la détection de corps étrangers, l’évaluation de la fraîcheur et le dépistage des adultérations ; le contrôle qualité des plastiques recyclés par identification du type de polymère ; la détection de défauts masqués sur les surfaces revêtues et imprimées ; l’inspection des boîtiers de semi-conducteurs pour la composition des couches internes ; et toute application exigeant une discrimination des matériaux au-delà des capacités de l’imagerie visible. Les géométries multi-longueurs d’onde sont développées dans le cadre du portefeuille d’éclairages LED sur mesure.
Critères de sélection et considérations de conception
La sélection des longueurs d’onde est la décision de conception critique et exige une caractérisation spectrale soignée des matériaux cibles. L’ensemble minimal de longueurs d’onde nécessaire pour discriminer les classes de cibles peut souvent être identifié par une analyse en composantes principales de mesures spectrales haute résolution. Les systèmes multispectraux industriels typiques utilisent 4 à 8 longueurs d’onde couvrant le visible et le proche infrarouge, chaque longueur d’onde étant choisie pour une discrimination maximale d’une caractéristique spécifique.
L’uniformité d’intensité entre les longueurs d’onde doit être maîtrisée pour permettre une analyse spectrale quantitative. Les différentes longueurs d’onde LED présentent des rendements d’émission, des divergences de faisceau et des caractéristiques de vieillissement différents, qui affectent tous l’intensité apparente de l’image correspondante. Des procédures d’étalonnage avec des cibles de référence sont indispensables pour toute application multispectrale exigeant des mesures spectrales absolues.
Synchronisation et traitement d’image
L’acquisition multispectrale séquentielle exige une synchronisation précise entre la commande de l’éclairage et l’exposition de la caméra, afin que chaque image soit capturée sous une seule longueur d’onde bien définie. Les contrôleurs multispectraux modernes intègrent la commutation des LED et le déclenchement de la caméra dans un seul appareil, ce qui simplifie l’intégration. La pile d’images obtenue est traitée avec des algorithmes étalonnés pour extraire les signatures spectrales, effectuer une classification ou calculer des mesures quantitatives. Des drivers multicanaux dédiés, compatibles avec les contrôleurs de vision industrielle, sont disponibles dans le catalogue RODER de drivers LED et contrôleurs électroniques.
Intégration et limites
Les systèmes multispectraux sont plus complexes que les systèmes à longueur d’onde unique et exigent une expertise plus approfondie en analyse spectrale, en étalonnage et en traitement d’image. Les coûts matériels sont plus élevés en raison des multiples matrices de LED et de l’électronique de commande. Le temps d’intégration est plus long car l’algorithme d’inspection doit être développé et validé sur un échantillon représentatif de matériaux cibles.
La principale limite de l’éclairage multispectral est l’allongement du temps d’acquisition requis par l’imagerie séquentielle, qui limite la cadence de production maximale. L’acquisition multispectrale simultanée résout partiellement ce problème, mais à un coût plus élevé et avec une flexibilité réduite. Pour les lignes à haute cadence exigeant une analyse spectrale, l’optimisation matérielle de l’éclairage et de l’acquisition est indispensable et peut nécessiter une ingénierie sur mesure plutôt que des composants standard. Malgré ces complexités, l’éclairage multispectral et hyperspectral reste la seule option pratique pour les tâches d’inspection exigeant une discrimination quantitative des matériaux aux cadences industrielles.
Éclairages LED multispectraux RODER Vision
RODER Vision conçoit des éclairages LED multispectraux et multicanaux spécifiques à l’application, avec commande indépendante des longueurs d’onde, pour les applications de vision industrielle exigeant discrimination des matériaux, classification et analyse spectrale quantitative.
- Ensembles multi-longueurs d’onde spécifiques à l’application avec commande indépendante des canaux — Éclairages LED sur mesure
- Sources spot multicanaux directionnelles compactes — Éclairages LED spot
L’inspection multispectrale exige une synchronisation précise entre caméra et éclairage — le catalogue RODER de drivers LED et contrôleurs électroniques comprend des drivers programmables multicanaux compatibles avec les contrôleurs de vision industrielle et les automates.