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为您的机器视觉应用选择最佳的光学滤波器

2020-11-26 17:11| 发布者: 天空很蓝| 查看: 2379| 评论: 0

摘要: 为您的机器视觉应用选择最佳的光学滤波器 在开发机器视觉应用程序时,拥有正确的照明以实现最大对比度非常重要。照明不当会导致即使是最先进的系统也运行缓慢或出现大量的错误拒绝或接受。机器视觉过滤器在确保应用 ...

为您的机器视觉应用选择最佳的光学滤波器

在开发机器视觉应用程序时,拥有正确的照明以实现最大对比度非常重要。照明不当会导致即使是最先进的系统也运行缓慢或出现大量的错误拒绝或接受。机器视觉过滤器在确保应用程序平稳运行中也起着重要作用。

相对于照明设备,光学滤光片便宜得多,更容易获得,并且可以产生明显更好的结果。在许多情况下,在订购照明硬件之前测试光学滤镜是有意义的。但是,许多人不确定什么是最适合他们系统的过滤器,或者从哪里开始。 

代替测试不同颜色的LED照明,在相机镜头前放置滤镜可以快速确定是否会发生所需的效果。MidOpt带通滤波器旨在模拟机器视觉中最常用的LED波长的输出。通过使用白光和MidOpt带通滤光片,您可以轻松确定适合您的应用的波长。(图1

我们建议从机器视觉滤镜套件开始,例如MidOpt FK200,其中包括十种最常用的紫外线(UV),可见(VIS)和近红外(NIR)机器视觉滤镜。滤镜组装在27mm的滤镜安装座中,该套件包括一个M25.5M30.5阶梯适配器,可容纳机器视觉中三种最常见的镜头滤镜安装座尺寸。

过滤器类型

在色彩应用中,补色形成最动态的对比。使用黑白相机时也是如此。但是,当使用彩色滤光片时,结果显示为黑色,白色和不同的灰色阴影。两个对象之间的最佳对比度可以在同一场景中提供非常白和非常黑的色相,这是通过最大化在至少一个波长范围内透射的光量并最小化在另一范围内透射或衰减的光量来实现的。(图2

例如,要使主要是蓝色的对象变亮或突出显示,必须最大化光谱中蓝色部分的透射率,并阻止光谱中绿色,黄色,红色和其他部分的透射。彩色滤光片可减弱一部分VIS光谱内的光,并具有明显的颜色。这些滤波器可以分为短通,长通和带通滤波器。


短通,长通和带通滤波器


短通滤光片可使较短波长的光通过,同时阻挡较长波长的光。长通滤光片则相反,通过更长的波长并阻挡更短的波长。这些滤光片通常由其50%的点来标识,即50%的光正在透射而50%的光被阻挡的点-从阻挡到透射过渡的中间点,反之亦然。


MidOpt LP630一样,红色630nm长通滤光片对于使用660nm LED或结构化激光二极管照明的应用可能是一个不错的选择。它可以阻挡较低波长的光,在630nm处具有50%的点,在660nm及更高波长处具有很高的透射率。LP630长通滤光片不适用于630nm LED


为了获得最大的对比度,理想的是在660nm处实现100%的透射,同时大多数环境光应被完全阻挡,并具有尽可能强的截止和截止强度。在人眼看来,LP630似乎是一个很好的滤镜选择,但是大多数CCD / CMOS相机都具有出色的近红外(NIR)灵敏度和相当高的近紫外线灵敏度。这些相机中有许多的灵敏度在NIR中达到峰值。

当典型的CCD / CMOS光谱响应曲

线的图形表示叠加在滤波器的透射曲线上时,我们可以看到LP630不会像人们想象的那样阻挡太多的光线进入相机(图3)。相机敏感的外部光线略有一半被遮挡。因此,MidOpt建议针对此类应用使用宽带通滤波器,例如我们的BP660滤波器。

带通滤光片是根据其透射的中心或峰值波长命名的,它将阻挡更长或更短的波长,从而提高对比度,并更好地控制在环境照明条件下随时间推移可能发生的变化。对于带通滤波器,在大多数机器视觉应用中,是必要的,因为这会导致LED或激光二极管的光谱特性发生变化。


在为机器视觉应用选择带通滤光片时,重要的是选择一个稳定(对入射角较不敏感),性能一致的滤光片,并使用优质的抗反射涂层使进入视觉系统的透射量最大化。(图4


所有MidOpt带通滤光片均具有坚硬的多层抗反射涂层,该涂层针对其预期的波长进行了优化。它们采用StablEDGE®技术进行设计,以减轻入射角的影响,并且其通带呈高斯形状,可模拟LED的输出。所有MidOpt滤光片均经过100%检查,以确保性能和可重复性,这是强大的视觉系统所必需的。


偏光滤镜


从非金属表面(例如玻璃,漆,塑料或液体)反射的光会导致反射光偏振。偏振反射光可能是环境光不受控制的结果,但更多的是来自光源。由于光和相机相对于被摄体的入射角大约相同,并且与法线接近55°,因此眩光和对比度损失变得更加明显。在主体被这种不必要的反射部分遮挡的情况下,使用偏光滤镜可以减少或消除该问题(图5


偏光滤镜还可以突出显示透明塑料或玻璃中的应力图案,以确定玻璃是否已适当回火。


中性密度滤光片


在光线非常明亮的情况下,中性密度滤镜可能是必不可少的。它们通常显示为灰色,并减少到达传感器的光量,而不会影响颜色平衡或对比度。它们的范围从光密度(OD)为0.30MidOpt ND030)(透射约50%的可见光)到OD 1.20MidOpt ND120)(透射约6.25%的可见光)。此外,偏振滤光片还可以用作中性密度滤光片,OD0.50MidOpt PL032),可透射约32%的可用光


在机器视觉应用中,中性密度滤光片的另一个常见用途是通过允许使用更大的镜头光圈来减小景深。这有助于将主体从其前景和/或背景中分离出来,因为主体会出现在焦点上,而背景会在焦点之外。在涉及明亮环境光的情况下,或当必须将相机对准高强度光束时,例如汽车前灯,中性密度滤光片会减少CCD / CMOS成像器捕获的光量。(图6

红外线和紫外线


NIRUV光谱中工作具有明显的优势。根据所检查物品的特性,可以大大改善NIR的对比度。与白光捕获的图像相比,NIR图像捕获的信息有50%明显不同。此“ 50%规则可适用于任何给定类型的主题。


不幸的是,如果不做实验,通常很难说出图像将如何在NIR中出现。幸运的是,大多数CCDCMOS相机都具有出色的近红外灵敏度,因此可以通过在相机镜头上滑动可见光阻挡/红外滤光片来快速,轻松地进行测试。当出现差异时,滤镜可以在主体和背景之间提供最佳分离(图7

在紫外线应用中,99%的检查不在紫外线中进行。这些应用使用紫外线或更短波长的照明来激发被检查的零件或材料。然后,这种材料通常在光谱可见部分的某处发光。这种荧光通常很弱并且难以成像。对于此类应用,建议使用适合发射波长的可见带通滤光片。该带通滤光片应在给定的波长范围内提供最大的透射率,并尽可能阻挡其余的环境光,尤其是光源发出的光谱的UV部分。随着CMOS相机的广泛使用,大量的相机现在具有明显的UV敏感性。(图8

减少外部光线的影响可以显着提高对比度,并加快或提高机器视觉检查的准确性。在环境照明可能发生短期或长期变化的情况下,光学滤镜还可以确保机器视觉系统获得的结果不会受到影响。



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