Một hệ thống xử lý ảnh (vision inspection) bao gồm 4 thành phần chính: camera thu ảnh, thiết bị chiếu sáng (vision lighting), máy tính xử lý ảnh (processor) và bộ loại sản phẩm lỗi (rejector). Trong đó, việc lựa chọn thiết bị chiếu sáng phù hợp hay vision lighting, kỹ thuật chiếu sáng và góc lắp đặt ánh sáng quyết định hơn 60% hiệu quả hoạt động của hệ thống xử lý ảnh trong thực tế. Tại sao phần chiếu sáng lại quan trọng như thế?

Là công ty tiên phong trong công nghệ xử lý ảnh tại Việt Nam, New Ocean xin chia sẽ loạt bài viết về tầm quan trọng của thiết bị chiếu sáng trong hệ thống xử lý ảnh. Đây là các bài viết chúng tôi sử dụng để đào tạo kỹ sư xử lý ảnh tại New Ocean. Mong rằng đây sẽ là tài liệu bổ ích cho các bạn quan tâm đến công nghệ này.

>> Các ứng dụng của hệ thống xử lý ảnh (Vision system) <<

>> Tại sao Vision lighting lại quan trọng trong ứng dụng xử lý ảnh (Vision inspection system) <<

Trong bài viết có sử dụng một số từ dịch từ thuật ngữ chuyên ngành, chúng tôi sẽ để thuật ngữ gốc ở bên cạnh để bạn đọc dễ hiểu khi đọc các tài liệu khác.

Loại ánh sáng sử dụng trong các ứng dụng xử lý ảnh (vision inspection application)

Bước sóng của ánh sáng được sử dụng trong hệ thống xử lý ảnh (vision system) có thể đóng vai trò vô cùng quan trọng. Bằng cách chiếu sáng với các ánh sáng có màu sắc riêng biệt, những màu sắc tương phản nhau có thể được phân biệt dễ dàng hơn vì chúng luôn xuất hiện tối hơn trên các bức hình. Kỹ thuật này có thể được sử dụng để làm rõ nét hình ảnh hạn sử dụng (datecode) được in trên những vật dụng như các nắp chai (dùng cho ứng dụng kiểm tra hạn sử dụng – datecode inspection). Các loại ánh sáng có thể sử dụng trong một ứng dụng xử lý ảnh bao gồm:

Ánh sáng hồng ngoại (infared light) có thể được sử dụng để làm nổi bật các vết thâm trên sản phẩm và ánh sáng tia cực tím (ultraviolet light) có thể khiến cho mực hoặc keo phát sáng huỳnh quang (cần lưu ý là các camera vision phải sử dụng bộ lọc khi dùng ánh sáng hồng ngoại hoặc ánh sáng tia cực tím để có thể quan sát các ánh sáng huỳnh quang phát ra từ vật thể).

ir-light

Sử dụng ánh sáng hồng ngoại kết hợp bộ lọc giúp làm rõ vết thâm trên hoa quả

Ánh sáng chuẩn trực (collimated light), ánh sáng mà các tia sáng luôn song song với nhau, rất tốt để tạo ra những hình ảnh sắc nét.

Ánh sáng chuẩn trực

Ánh sáng chuẩn trực

Ánh sáng khuếch tán (Diffused light) có thể được tạo ra bằng cách chiếu ánh sáng chuẩn trực qua lớp kính mờ, sẽ tạo được sự chiếu sáng đều hơn và nhẹ nhàng hơn tránh tạo ra các vết chói hoặc bóng nhờ việc giảm cường độ ánh sáng.

Khi kiểm tra sản phẩm (vision inspection) cũng cần cân nhắc tốc độ chuyển động của sản phẩm cũng như thời gian chụp của camera vision. Những yếu tố này sẽ ảnh hưởng tới sự lựa chọn nguồn sáng.

Một ứng dụng xử lý ảnh (vision inspection application) sẽ bắt đầu từ việc xác định mục tiêu và tập trung vào yếu tố cần kiểm tra (vision inspection object). Khi mà mục tiêu đã được làm rõ thì chúng ta sẽ có thể tập trung vào việc chọn nguồn sáng có thể làm nổi bật những chi tiết hoặc những khuyết điểm và loại bỏ những yếu tố không mong muốn của hình ảnh.

Bạn có thể tham khảo các thiết bị chiếu sáng New Ocean cung cấp tại đây: >> Vision lighting <<

Thiết bị chiếu sáng (visiong lighting) luôn bật hay nhấp nháy (strobed)

Thiết bị chiếu sáng (vision lighting) trong các ứng dụng xử lí hình ảnh (vision inspection application) có thể được bật liên tục hoặc ở chế độ nhấp nháy. Ở chế độ nhấp nháy ánh sáng có thể được tăng cường độ và nguồn sáng có thể kéo dài lâu hơn. Lợi ích khác của chế độ này là tạo ra stop motion. Tuy nhiên, ánh sáng nhấp nháy cần được kiểm soát và điều khiển thích hợp. Thời gian nhấp nháy cần chính xác để có thể kết hợp với việc thu nhận hình ảnh của camera vision, nếu không các hình ảnh sẽ có cường độ sáng khác nhau. Ngoài ra còn cần cân nhắc yếu tố con người khi sử dụng ánh sáng nhấp nháy. Đèn nhấp nháy có thể gây co giật hoặc đau đầu cho một số người.

strobed-mode

Hình ảnh thu được khi để đèn ở chế độ nhấp nháy

Hình ảnh thu được khi để đèn ở chế độ bật liên tục

Hình ảnh thu được khi để đèn ở chế độ bật liên tục

Trong quá trình thiết kế hệ thống xử lí hình ảnh (machine vision), cần cân nhắc sự ảnh hưởng của ánh sáng từ môi trường xung quanh. Ánh sáng được sử dụng để chiếu sáng đối tượng kiểm tra (vision inspection object) cần đủ độ sáng để không bị các ánh sáng từ môi trường xung quanh áp đảo để đảm bảo sự hiệu quả. Ánh sáng từ môi trường xung quanh có thể tạo ra các vệt chói trên đối tượng kiểm tra. Nó còn có thể thay đổi tuỳ thuộc vào vị trí của người vận hành, thời gian trong ngày, thời tiết và mùa trong năm. Những vấn đề này cần được cân nhắc kĩ trong quá trình lựa chọn thiết bị chiếu sáng (vision lighting) và thiết kế bố trí máy.

Nguồn sáng (Vision lighting source)

Một trong các loại nguồn sáng là đèn halogen. Loại đèn này rất tốt trong các trường hợp cần ánh sáng thật mạnh – nhiều đèn pha xe hơi là đèn halogen – nhưng vì chúng không có chế độ nhấp nháy nên các loại đèn này thường sẽ trở nên rất nóng và cường độ ánh sáng sẽ bị giảm theo thời gian. Nếu loại đèn này được sử dụng để chiếu sáng trong hệ thống xử lý ảnh (vision inspection system) thì tốt nhất nên sử dụng chỉ 80% công suất tối đa của đèn để kéo dài tuổi thọ đèn, giữ cho điện áp không đổi để tránh đổi màu sắc và sử dụng sợi quang học để có thể cố định đèn ở xa nếu như ứng dụng nhạy cảm với nhiệt lượng do đèn halogen tạo ra.

Một loại nguồn sáng khác là đèn sợi đốt. Những bóng đèn này có giá thành rẻ, nhưng không có chế độ nhấp nháy (strobed), loại đèn này tạo ra nhiệt năng và mất dần cường độ sáng theo thời gian.

Đèn huỳnh quang có giá thành khá rẻ. Loại đèn này có nhiều hình dạng và kích cỡ, tạo ra ánh sách khuếch tán và giảm thiểu độ chói. Những hạn chế của loại đèn này là không có chế độ nhấp nháy, xuống cấp theo thời gian và khó có thể làm mờ ánh sáng từ đèn này.

Đèn huỳnh quang còn có thể bị lập loè vì tần số của nguồn điện AC, làm giảm chất lượng hình ảnh của ứng dụng xử lý hình ảnh (vision inspection system). Sử dụng chấn lưu tần số cao có thể làm giảm vấn đề lập loè nhưng cũng không thể loại bỏ hoàn toàn.

Tia laser là nguồn sáng chuẩn trực (collimated light ray) có cường độ cao, cho phép lắp đặt xa vật thể được kiểm định. Có một loại tia laser đặc biệt được gọi là diode laser có chế độ nhấp nháy. Tia laser thường được dùng để đo đạc từ xa, đôi khi là đo trong không gian ba chiều, nhưng có thể không có độ chính xác cao. Tia laser có giá thành khá cao và cần có phương pháp sử dụng, bảo quản đặc biệt an toàn vì chúng có thể gây nguy hiểm cho người sử dụng. Nếu ứng dụng yêu cầu thì sợi quang học có thể cung cấp một lựa chọn an toàn hơn để tạo ra ánh sáng chuẩn trực.

Nhiều hệ thống chiếu sáng thế hệ cũ sử dụng đèn Xenon. Xenon là loại đèn lí tưởng cho chế độ nhấp nháy vì nó có thể tạo ra ánh sáng có cường độ rất cao trong một khoảng thời gian ngắn, từ đó có thể tạo ra cảm giác của sự dừng chuyển động. Tuy nhiên cường độ nhấp nháy của đèn Xenon giảm theo thời gian và bây giờ Xenon ít còn được sử dụng.

Một lựa chọn khác tốt hơn là sử dụng đèn LED. Loại đèn này là nguồn sáng phổ biến nhất cho các ứng dụng xử lí hình ảnh ngày nay. LED có tuổi thọ cao, hơn 10000 giờ và có chế độ nhấp nháy lẫn sáng liên tục mà không gặp vấn đề về nhiệt lượng tạo ra. Đèn LED còn rất an toàn khi sử dụng, chúng có hiệu năng cao và có thể tạo ra gần như bất kì màu sắc nào hay bước sóng đặc biệt nào. Dù đèn LED trước kia có cường độ sáng bị hạn chế, đèn LED ngày nay có thể rất sáng (xe hơi còn có thể dùng đèn LED để làm đèn trang trí ngoài).

Biểu đồ sau đây so sánh các nguồn sáng khác nhau và độ phù hợp của chúng đối với từng trường hợp riêng biệt.

light-source-comparision

Đón đọc phần 2 trong loạt bài viết về Vision lighting: “Các khái niệm cơ bản về Vision Lighting Phần 2: Kỹ thuật chiếu sáng”.

 

Advertisements

About New Ocean - Manufacturing Solutions

We are the solution provider in automation, machine vision. Our system will support your factory work smoothly and maximize the profit.

5 responses »

  1. […] >> Các khái niệm cơ bản về Vision Lighting (Phần 1) << […]

  2. […] >> Các khái niệm cơ bản về Vision Lighting (Phần 1) << […]

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s