La luce ambientale è qualsiasi luce che raggiunge il sensore della telecamera e che non proviene dalla fonte di illuminazione controllata del Sistema di Visione. Negli ambienti industriali, la luce ambientale è sempre presente. I tubi fluorescenti o a LED sul soffitto, i lucernari, la luce proveniente dalle macchine vicine e i riflessi sulle superfici aggiungono tutti un’illuminazione indesiderata alla zona di ispezione.
La luce ambientale causa problemi di acquisizione delle immagini in due modi. Da un lato, aggiunge all’immagine un livello di illuminazione di fondo incontrollato, riducendo il contrasto tra l’elemento illuminato e lo sfondo. Dall’altro, varia nel tempo al mutare delle condizioni in fabbrica — turni di lavoro, variazioni stagionali della luce diurna, cicli operativi delle macchine vicine — quindi le caratteristiche dell’immagine subiscono delle variazioni anche quando il pezzo ispezionato non è cambiato.
Come la luce ambientale provoca falsi positivi e falsi negativi
Un algoritmo di Visione Artificiale viene addestrato o configurato per rilevare caratteristiche a un determinato livello di contrasto. Quando la luce ambientale modifica l’illuminamento effettivo del pezzo, il livello di contrasto cambia. Le caratteristiche che prima erano rilevabili scompaiono. Le ombre o i riflessi creati dalle fonti di luce ambientale generano falsi segnali sui bordi. Il risultato è un aumento dei tassi di falso scarto, dei tassi di falso accettazione o di entrambi.
Il problema è spesso intermittente. Il sistema funziona correttamente durante la Messa in Servizio in un ambiente controllato, poi inizia a generare errori durante la produzione. Il tasso di errore varia a seconda del turno, della stagione o dell’ora del giorno. Per individuare la luce ambientale come causa principale, è necessario effettuare misurazioni sistematiche dell’ambiente di ispezione in diverse condizioni ambientali.
Vuoi essere aiutato a scegliere il prodotto?
Fonti di luce ambientale di fabbrica
Conoscere le caratteristiche delle fonti di luce ambientale presenti in uno stabilimento aiuta a scegliere la strategia di reiezione più efficace.
Illuminazione con tubi fluorescenti e a LED
I tubi fluorescenti emettono uno spettro ampio che copre tutte le lunghezze d’onda visibili. La loro luce lampeggia al doppio della frequenza di rete: 100 Hz in Europa, 120 Hz in Nord America. Questo sfarfallio può interagire con la frequenza di acquisizione dei fotogrammi della fotocamera, causando variazioni periodiche nella luminosità dell’immagine. Anche i moderni tubi LED sostitutivi presentano sfarfallio, sebbene a frequenze più elevate che potrebbero risultare meno visibili alle telecamere con una frequenza di acquisizione più bassa.
I tubi LED presentano solitamente un picco spettrale marcato nel blu e nel giallo-verde.
Se l’illuminatore per la visione artificiale opera a lunghezze d’onda nel rosso o nel Vicino Infrarosso, un filtro Passa-banda adattato alla lunghezza d’onda dell’illuminatore blocca gran parte della luce proveniente dai tubi fluorescenti.
Lucernari e luce solare
La luce naturale è una fonte a banda larga che copre lo spettro dai raggi UV al NIR (Vicino Infrarosso). La sua intensità varia notevolmente a seconda del tempo, dell’ora del giorno e della stagione. Le strutture dotate di lucernari sul tetto o di grandi finestre sono particolarmente soggette a variazioni nell’ispezione causate dalla luce naturale. I lucernari vicini alla postazione di ispezione possono proiettare luce diretta o diffusa sul pezzo, che cambia nel corso della giornata.
La luce diurna è la fonte ambientale più difficile da eliminare con il filtraggio spettrale, perché copre l’intero spettro visibile e il NIR (Vicino Infrarosso). Le soluzioni strutturali — alloggiamenti, deflettori o tende oscuranti — sono spesso l’approccio più efficace per i lucernari.
Illuminazione delle macchine adiacenti
Altri sistemi di Visione Artificiale nelle vicinanze, gli archi di saldatura, il bagliore dei forni e le spie luminose contribuiscono tutti a creare un’illuminazione localizzata che può raggiungere la stazione di ispezione. Queste fonti hanno spesso lunghezze d’onda specifiche o provengono da direzioni precise, il che le rende più facili da identificare e scartare rispetto alle fonti a banda larga.
Strategia 1: Filtro Ottico Passa-banda
Un filtro ottico passa-banda montato davanti all’obiettivo della telecamera lascia passare solo una stretta gamma di lunghezze d’onda centrata su quella dell’Illuminatore e blocca tutte le altre. Se l’illuminatore per la Visione Artificiale emette a 850 nm nel Vicino Infrarosso e la telecamera è dotata di un filtro Passa-banda a 850 nm, la telecamera vede solo l’illuminazione a 850 nm proveniente dall’illuminatore. La luce ambientale visibile, che contiene pochissima emissione a 850 nm, viene bloccata.
Questa strategia richiede che l’illuminatore emetta a una lunghezza d’onda diversa da quella delle fonti di luce ambientale dominanti. L’illuminazione nel Vicino Infrarosso è particolarmente efficace perché la maggior parte delle fonti di luce ambientali presenti in fabbrica emette principalmente nella gamma del visibile. Il sensore della telecamera deve essere sensibile alla lunghezza d’onda NIR scelta, come nel caso dei sensori monocromatici standard a base di silicio.
I filtri passa-banda sono disponibili per le lunghezze d’onda standard dei LED: UV a 365 nm, blu a 470 nm, verde a 525 nm, rosso a 617 nm, NIR (Vicino Infrarosso) a 780 nm, 850 nm e 940 nm. La larghezza di banda del filtro — in genere compresa tra 10 nm e 50 nm — determina l’efficacia con cui respinge l’illuminazione fuori Lunghezza d’Onda, mantenendo al contempo la trasmissione dell’uscita dell’Illuminatore nella Lunghezza d’Onda desiderata.
Strategia 2: Modalità stroboscopica con tempi di esposizione brevi
Il tempo di esposizione della fotocamera determina per quanto tempo il sensore integra la luce in entrata. Un’esposizione breve riduce la quantità totale di luce ambientale raccolta per ogni fotogramma, poiché la fonte ambientale contribuisce per un tempo più breve. L’illuminatore controllato, che funziona in modalità stroboscopica ad alta intensità di picco, emette una grande quantità di luce in un impulso molto breve. Il rapporto tra il segnale dell’illuminatore e lo sfondo ambientale aumenta man mano che il tempo di esposizione diminuisce.
Anche la modalità stroboscopica congela il movimento. Un oggetto che si muove ad alta velocità su un nastro trasportatore rimane nitido nell’immagine se l’esposizione è abbastanza breve. Questo offre un doppio vantaggio nell’ispezione ad alta velocità, dove sia la sfocatura da movimento che la reiezione della luce ambiente sono fondamentali.
Gli illuminatori RODER Vision supportano la modalità stroboscopica attivata tramite un segnale di ingresso digitale. La durata dell’impulso stroboscopico viene solitamente impostata tra 10 µs e 2 ms, a seconda dell’intensità richiesta e delle esigenze di congelamento del movimento. Con un’esposizione di 100 µs, la maggior parte delle fonti di luce ambientale presenti in fabbrica contribuisce per meno dell’1% al livello del segnale di un Illuminatore Stroboscopico correttamente specificato.
Strategia 3: Alloggiamenti fisici e deflettori
Un alloggiamento fisico che circonda la zona di ispezione elimina la luce ambientale bloccandone il percorso verso il pezzo e la telecamera. Questa è la strategia più efficace quando il filtraggio spettrale e le tecniche a luce stroboscopica non bastano. Un alloggiamento verniciato di nero opaco all’interno riduce al minimo i riflessi interni. Le barriere luminose posizionate in corrispondenza di ogni apertura – per l’entrata e l’uscita del pezzo – impediscono alla luce ambientale di entrare lungo il percorso del prodotto.
Gli alloggiamenti sono di serie nei sistemi di ispezione farmaceutici e alimentari, dove è richiesto il massimo livello di Reiezione della Luce Ambiente. Aumentano la complessità meccanica e i costi, oltre a creare difficoltà di accesso per la manutenzione. Questi pro e contro vanno valutati attentamente quando devi decidere se un alloggiamento è davvero necessario.
Gli alloggiamenti parziali o i deflettori — pannelli che bloccano specifici percorsi della luce ambientale senza chiudere completamente la postazione — rappresentano una soluzione intermedia più economica. Un deflettore posizionato in modo da bloccare la luce diretta proveniente da un lucernario potrebbe essere sufficiente se quella è la fonte di luce ambientale predominante.
Strategia 4: Pannelli di sfondo a campo oscuro
Gli sfondi scuri assorbono la luce ambientale invece di rifletterla. Nelle applicazioni in cui l’ispezione si basa sull’illuminazione riflessa dalla superficie del pezzo, posizionare uno sfondo nero opaco dietro il pezzo riduce la luce ambientale che rimbalza dalle superfici dello sfondo verso la telecamera. Questo migliora il rapporto segnale-sfondo senza bisogno di filtri spettrali o alloggiamenti.
Strategie combinate per la massima resistenza alla luce ambientale
I sistemi di visione artificiale più affidabili utilizzano diverse strategie contemporaneamente. Una combinazione comune è l’illuminazione NIR con un filtro Passa-banda NIR, in modalità stroboscopica, all’interno di un alloggiamento parziale con un pannello di sfondo scuro. Ogni livello di protezione riduce il contributo della luce ambientale. Insieme, riescono a garantire un livello di reiezione della Luce Ambiente sufficiente per ambienti esterni o industriali con elevata luce ambientale.
La combinazione giusta dipende dall’entità del problema di luce ambientale e dai vincoli di costo dell’applicazione. I sistemi installati in sale di Assemblaggio Elettronico climatizzate potrebbero aver bisogno solo della modalità stroboscopica. I sistemi installati in fabbriche con lucernari vicini alle attrezzature per la lavorazione degli alimenti di solito richiedono un filtraggio spettrale oltre a alloggiamenti protettivi.
Come verificare l’immunità del tuo sistema alla luce ambientale
Il test di immunità alla luce ambientale consiste nel misurare quanto cambia l’immagine quando le condizioni ambientali variano. Un test semplice consiste nel catturare un’immagine di riferimento con tutte le fonti di luce ambientale bloccate, per poi catturare una seconda immagine in condizioni ambientali normali. La differenza tra le due immagini quantifica il contributo della luce ambientale. Se la differenza è piccola rispetto al contrasto delle caratteristiche, il sistema è sufficientemente immune. In caso contrario, servono ulteriori misure di reiezione.
I test dovrebbero tenere conto delle condizioni ambientali più sfavorevoli: piena luce diurna che entra dai lucernari in estate, tutte le luci dello stabilimento accese e le macchine vicine in funzione. Un sistema che supera il test solo di notte o solo in inverno non è un impianto affidabile.
Prodotti e tecnologie
Famiglie di illuminatori RODER Vision per la Reiezione della Luce Ambiente
Le famiglie di prodotti Roder Vision riportate di seguito sono adatte ad applicazioni che richiedono un elevato livello di reiezione della luce ambiente. Ognuna di esse è disponibile nelle lunghezze d’onda NIR (Vicino Infrarosso) e supporta il funzionamento in modalità stroboscopica.
DL6 – Matrice di LED ad alta densità
Disponibile a 850 nm e 940 nm (NIR (Vicino Infrarosso)). Elevata intensità di picco in modalità stroboscopica. Stabilità termica HTTM. Ideale per ambienti di fabbrica con temperature ambientali elevate.
DL5 – Matrice di LED ad Alta Intensità
L’intensità di picco molto elevata in modalità stroboscopica sovrasta le sorgenti ambientali. Disponibile in rosso e NIR (Vicino Infrarosso). Capacità di emettere impulsi brevi fino a 10 µs.
DC6 — High Density LED Ring
Illuminatore ad anello compatto nelle lunghezze d’onda NIR (Vicino Infrarosso) con ingresso per trigger stroboscopico. Adatto per applicazioni su robot e su nastri trasportatori in ambienti con temperature elevate.
BL3 — Retroilluminatori a LED
Disponibile nelle lunghezze d’onda NIR (Vicino Infrarosso) per ispezioni in modalità trasmissione con elevata reiezione della luce ambientale. Elevata uniformità. Compatibile con il trigger stroboscopico.
Domande frequenti
La reiezione della luce ambiente è la capacità di un sistema di visione artificiale di mantenere una qualità dell’immagine costante nonostante la presenza di fonti di luce non controllate nell’ambiente di fabbrica. Si ottiene grazie a una combinazione di filtraggio spettrale, illuminazione stroboscopica, alloggiamenti fisici e sfondi scuri. Un sistema con scarsa reiezione della luce ambiente produce risultati di ispezione variabili che dipendono dalle condizioni di illuminazione dello stabilimento piuttosto che dal pezzo da ispezionare.
L’illuminazione a vicino infrarosso a 850 nm o 940 nm è efficace perché la maggior parte delle fonti di luce ambientale presenti in fabbrica, tra cui tubi fluorescenti, tubi a LED e luce naturale, emettono principalmente nello spettro visibile e hanno un’emissione nel vicino infrarosso relativamente bassa. Un filtro passa-banda adattato alla lunghezza d’onda dell’Illuminatore NIR blocca la luce ambientale visibile, lasciando passare l’illuminazione NIR proveniente dalla sorgente controllata.
La modalità stroboscopica fa scattare l’illuminatore con un’intensità di picco elevata per un impulso molto breve, in genere compreso tra 10 microsecondi e 2 millisecondi, con l’esposizione della fotocamera sincronizzata all’impulso stroboscopico. Dato che la luce ambientale contribuisce per l’intero Tempo di Esposizione, mentre l’illuminatore stroboscopico emette un segnale forte in un impulso molto breve, il rapporto tra il segnale stroboscopico e lo sfondo ambientale è molto elevato con tempi di esposizione brevi.
È necessario un alloggiamento fisico quando il filtraggio spettrale e la modalità stroboscopica non bastano a ridurre la luce ambientale a livelli accettabili. Questo succede di solito durante le ispezioni all’aperto, in strutture con grandi lucernari vicini alla postazione di ispezione o in applicazioni in cui la geometria dell’Illuminatore e della telecamera non permette l’uso di un filtro Passa-banda efficace. Gli alloggiamenti vengono utilizzati anche nelle ispezioni farmaceutiche e alimentari, dove l’esclusione della luce ambientale, sottoposta a Validazione, è un requisito normativo.
Confronta le immagini acquisite con tutte le fonti di luce ambientale bloccate con quelle acquisite in condizioni ambientali normali di fabbrica. Misura la differenza di valore dei pixel nell’area di ispezione tra le due condizioni. Se la differenza è maggiore del contrasto delle caratteristiche utilizzato per le decisioni di ispezione, il sistema risulterà influenzato dalle variazioni della luce ambientale. Esegui il test nelle condizioni peggiori possibili, tra cui la piena luce diurna estiva e tutte le luci di fabbrica accese.
Contatti e informazioni
Contatto per informazioni generali: info@roder.it
Partner per l’integrazione di sistemi e sensori: www.roder.it
Divisione Visione Artificiale RODER: www.visiotronix.com
Divisione Strumenti RODER: www.innovacheck.com
Maggiori informazioni su VISIOTRONIX: chi siamo
Le informazioni contenute in questo sito web sono fornite solo a scopo informativo. Sebbene siano state preparate con la massima cura, non costituiscono un’offerta contrattuale o un impegno vincolante alla fornitura. Possono contenere errori di trascrizione, traduzione o tipografici. Per informazioni precise e aggiornate, ti invitiamo a contattare direttamente la nostra azienda.
Nota bene: alcune immagini presenti in questo sito web sono state intenzionalmente generate utilizzando l’Intelligenza Artificiale (AI). Ciò è dovuto al fatto che, per molte applicazioni e progetti, non è possibile divulgare fotografie dell’installazione o del sistema reale a causa di accordi di riservatezza, clausole contrattuali e accordi di non divulgazione (NDA).
Related topics :
Come la retroilluminazione a LED determina una misura dimensionale accurata nella metrologia di visione
Illuminazione per la visione artificiale nella verifica di vetro e materiali trasparenti
Illuminazione per visione artificiale: come migliorare le prestazioni di ispezione
Illuminazione per telecamere Line Scan: come scegliere gli illuminatori LED
Riconoscimento della forma SCARA: semplificazione del rilevamento della silhouette con retroilluminatore a LED