Görüntü işlemede aydınlatma, bir vision sisteminin başarısını kameradan ve yazılımdan daha fazla belirler. Sahada sık görülen tablo şudur: Sistem kurulmuş, algoritma her gün yeniden ayarlanıyor, eşik değerleri sürekli kayıyor. Sorunun kaynağı çoğu zaman yazılım değil, hatanın görüntüde yeterli kontrastla oluşmamasıdır. İyi ışıkla alınmış görüntüde basit bir algoritma yeter; kötü ışıkla alınmış görüntüyü hiçbir algoritma kurtaramaz.
Bu yazıda makine görme aydınlatma tekniklerini, hangi problemde hangisinin seçildiğini ve dalga boyu, strobe, polarizör gibi ayrıntıları anlatıyoruz. Kamera ve lens tarafı için: endüstriyel kamera ve lens seçimi.
Bu yazıda (9 başlık)
Aydınlatmanın asıl görevi: kontrast üretmek
Amaç parçayı “aydınlık” görmek değil, aranan özelliği arka plandan ayırmaktır. Işık seçimine başlarken üç soruyu sorun:
- Yüzey nasıl? Mat mı, parlak mı, kavisli mi, şeffaf mı?
- Hata neye benziyor? Renk farkı mı, çizik mi, çukur ya da kabartı mı, kenar mı?
- Ortam ne durumda? Pencereden gün ışığı giriyor mu, yakında başka ışık kaynağı var mı?
Parlak yüzeyde ışık aynasal (specular) yansır: Işık geldiği açının simetriğine gider. Mat yüzeyde ise her yöne dağılır. Aydınlatma tekniklerinin hemen hepsi bu iki davranışı kontrol etmeye dayanır.
Makine görme aydınlatma teknikleri
Arka ışık (backlight)
Işık parçanın arkasındadır, kamera parçanın siluetini görür. Dış ölçü, delik varlığı, kenar konumu gibi işlerde en yüksek kontrastı verir. Yüzey detayı görünmez. Hassas ölçümde kolime (paralel ışınlı) arka ışık ile telesentrik lens birlikte kullanılır.
Bright field ve dark field
- Bright field (aydınlık alan): Işık kameraya yakın açıdan gelir, düz yüzeyden yansıyan ışık kameraya döner. Düz yüzey parlak görünür, çizik ve çukurlar ışığı saptırdığı için koyu görünür.
- Dark field (karanlık alan): Işık çok yatay, düşük açıdan gelir. Düz yüzeyden yansıyan ışık kameraya ulaşmaz, yüzey karanlık kalır. Çizik, çapak, kabartma ve gravür kenarları ışığı kameraya çevirdiği için parlak görünür.
Dark field, metal üzerindeki çizik ve kabartma yazı gibi yüzey topografyası sorunlarında ilk denenecek tekniktir.
Halka ışık (ring light)
Lensin etrafına takılan LED halkadır. Kurulumu kolaydır ve genel amaçlı kullanılır. Parlak yüzeylerde halkanın yansıması görüntüde parlak bir daire olarak görünür; bu yüzden parlak parçada tek başına zayıf kalır. Düşük açılı halka ışıklar ise dark field etkisi verir.
Dome (difüz, “bulutlu gün”) ışığı
Işık bir kubbenin içinden her yöne dağılarak gelir, parça gölgesiz ve yansımasız görünür. Kavisli ve parlak yüzeylerde (folyo ambalaj, krom kaplama, bombeli metal kutu) en güvenli seçimdir. Kubbenin üstündeki kamera deliği parlak düz yüzeylerde koyu bir leke oluşturabilir; bunun için koaksiyel ışıkla birleşik modeller vardır.
Koaksiyel ışık
Işık, yarı geçirgen bir ayna ile lensin optik ekseninden parçaya gönderilir. Düz ve parlak yüzeylerde (silikon yonga plakası (wafer), işlenmiş metal yüzey, parlak etiket) düz alan homojen parlak görünür; çizik, leke ve lazer markalama koyu kalır. Kavisli yüzeyde etkisi azalır.
Düşük açılı ışık
Dark field’ın çubuk veya halka formudur. Kabartma ve basılı (emboss) yazı, döküm üzerindeki numara, dikiş izleri gibi yükseklik farkı olan özelliklerde gölge ve parlama üreterek kontrast sağlar.
Yapısal ışık (structured light)
Parçaya çizgi, şerit veya desen yansıtılır; desenin bozulmasından yükseklik bilgisi çıkarılır. Lazer çizgi ile profil ölçümü bu grubun en yaygın örneğidir. 3D tarafı için: 3D görüntü işleme nedir.
Dalga boyu seçimi: kırmızı, IR, UV ve renk filtreleri
Işığın rengi kontrastı doğrudan değiştirir. Temel kural: Parça kendi rengindeki ışık altında açık, karşıt renkteki ışık altında koyu görünür. Kırmızı ışık altında kırmızı yazı neredeyse kaybolur, yeşil ve mavi özellikler koyulaşır. Bunu kullanarak monokrom kamerayla renk ayrımı yapılabilir.
| Işık | Tipik dalga boyu | Nerede işe yarar? |
|---|---|---|
| Kırmızı | yaklaşık 625-660 nm | Genel amaçlı, monokrom sensörle iyi kontrast; en yaygın seçim |
| Mavi | yaklaşık 450-470 nm | İnce yüzey detayı, sarı ve turuncu üzerindeki işaretler |
| Kızılötesi (IR) | genellikle 850 veya 940 nm | Baskı ve renk farkını bastırma, bazı plastiklerin içini görme, operatörü rahatsız etmeme |
| UV | genellikle 365 veya 395 nm | Floresan mürekkep, yapıştırıcı, gres ve kaplama kontrolü |
UV uygulamalarında kamera ışığın kendisini değil, malzemenin yaydığı floresan ışığı görmelidir; bu yüzden lense UV’yi kesen bir filtre takılır.
Ortam ışığına karşı filtre: Kullandığınız LED rengine uygun bant geçiren filtre lense takılırsa pencereden gelen gün ışığı ve tavan lambalarının etkisi büyük ölçüde kesilir. Sabah ve öğleden sonra farklı sonuç veren istasyonlarda ilk bakılacak yer burasıdır.
Strobe ve overdrive
Hızlı hareket eden parçada pozlama süresi kısalınca sensöre düşen ışık azalır. Çözüm, ışığı sürekli yakmak yerine kamera tetiğiyle senkron kısa darbelerle (strobe) çalıştırmaktır. Overdrive özellikli ışık kontrolcüleri LED’i çok kısa süreler için sürekli çalışma akımının üzerinde sürerek daha güçlü bir flaş üretir. Bu modda darbe süresi ve görev oranı üretici sınırları içinde tutulmalıdır; aksi hâlde LED ömrü kısalır. Strobe ayrıca LED’in ısınmasını azaltır ve ışık şiddetini zaman içinde daha kararlı tutar.
Polarizör ile parlama kontrolü
Parlak yüzeyden aynasal yansıyan ışık büyük ölçüde polarizasyonunu korur, mat yüzeyden dağılan ışık ise korumaz. Işığın önüne bir polarizör, lensin önüne de 90 derece çevrilmiş ikinci bir polarizör konursa (çapraz polarizasyon) parlamalar bastırılır. Plastik ambalaj üzerindeki yazı, cilalı yüzey ve parlak etiketlerde işe yarar. Bedeli ışık kaybıdır; daha güçlü ışık veya daha uzun pozlama gerekir. Çıplak metal yüzeyde aynasal yansımayı tamamen yok etmez; orada dome veya dark field daha etkilidir.
Problem ve çözüm tablosu
| Problem | Neden zor? | İlk denenecek çözüm |
|---|---|---|
| Parlak işlenmiş metalde çizik | Aynasal yansıma, düz yüzey göz kamaştırır | Dark field veya düşük açılı ışık; düz yüzeyde koaksiyel |
| Kavisli parlak parça (krom, folyo) | Her noktadan farklı yönde yansıma | Dome ışık |
| Kabartma veya gravür yazı | Yazı ile zemin aynı renk | Düşük açılı ışık, gerekirse dört yönden ayrı ayrı yakılan segmentli ışık |
| Şeffaf şişede seviye veya yabancı madde | Işık içinden geçer, yüzey görünmez | Difüz arka ışık; bazı işlerde desenli arka ışık ile kırılma farkı |
| Şişe ağzı ve kapak kontrolü | Parlak, kavisli kenar | Düşük açılı halka veya dome |
| Parlak laminasyonlu etiket | Parlama yazıyı kapatır | Çapraz polarizör veya açılı yerleşim; dome |
| Renkli etiket ve baskı kontrolü | Renk farkı az | Uygun renkte ışık veya renkli kamera |
| Plastik üzerinde lazer markalama | Düşük kontrast | Koaksiyel veya dark field; farklı dalga boyları denenmeli |
Bu tablo başlangıç noktasıdır. Pratikte birkaç ışığı numune parçalarla masada deneyip görüntüleri karşılaştırmak, en hızlı ve en ucuz yoldur. Yüzey hatası kontrolü için ayrıntılar: üretimde yüzey kalite kontrol otomasyonu.
Sahada aydınlatmayı bozan şeyler
- Ortam ışığı: Kapalı muhafaza veya bant geçiren filtre kullanılmamışsa sonuç günün saatine göre değişir.
- Mekanik tekrar edilebilirlik: Işık braketi gevşemiş, açı değişmiş. Montajda pim veya işaret kullanın.
- Kirlenme: Yağ buharı ve toz ışık difüzörünü ve lensi kaplar. Bakım planına temizliği ekleyin.
- LED yaşlanması ve ısınma: Işık şiddeti zamanla düşer; kalibrasyon kartıyla periyodik kontrol yapın.
- Parça değişimi: Tedarikçi değişince yüzey bitişi değişir, eski ışık artık uygun olmayabilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Makine görme aydınlatma nasıl seçilir?
Önce yüzeyin mat mı parlak mı, düz mü kavisli mi olduğuna, sonra hatanın renk farkı mı yükseklik farkı mı olduğuna bakılır. Yükseklik farkı için düşük açılı ışık, kavisli parlak yüzey için dome, siluet ve ölçü için arka ışık ilk adaylardır.
Dark field aydınlatma nedir?
Işığın parçaya çok düşük açıdan geldiği tekniktir. Düz yüzey karanlık kalır, çizik, çapak ve kabartma kenarları ışığı kameraya çevirdiği için parlak görünür.
Görüntü işlemede neden kırmızı ışık kullanılır?
Kırmızı LED’ler yaygın, ucuz ve monokrom sensörlerle iyi kontrast veren genel amaçlı bir seçimdir. Ayrıca kırmızı ışık altında kırmızı özellikler açık, mavi ve yeşil özellikler koyu görünür.
Parlak yüzeyde parlama nasıl giderilir?
Kavisli parlak yüzeyde dome ışık, düz parlak yüzeyde koaksiyel ışık kullanılır. Plastik ve cilalı yüzeylerde çapraz polarizör de parlamayı bastırır.
Kamera görüntüsü gün içinde neden değişiyor?
Çoğu zaman ortam ışığı sebebiyle. İstasyonu kapatmak veya kullandığınız LED rengine uygun bant geçiren filtre takmak dış ışığın etkisini büyük ölçüde keser.
Eskişehir’de görüntü işleme desteği
AveA Otomasyon olarak Eskişehir ve çevre illerdeki tesislerde görüntü işleme istasyonları için aydınlatma denemeleri, ışık ve kamera seçimi, mevcut sistemlerde kararsız sonuç veren kontrollerin iyileştirilmesi konularında destek veriyoruz. Ayrıntılar: endüstriyel görüntü işleme, görüntü işleme ile kalite kontrol sistemleri ve kalite kontrol ve poka-yoke otomasyonları. Bize 0533 454 52 32 numarasından ulaşabilirsiniz; mesai dışında da arayabilirsiniz.