在機器視覺(jué)中，背光是常見(jiàn)和有用的照明技術(shù)之一。它通常用于零件的存在/不存在，測量和方向/位置，尤其是在與拾放或視覺(jué)引導的機器人應用程序結合使用時(shí)。但是，將背光照明納入機器視覺(jué)系統可能會(huì )很困難，這主要是因為部件放置的幾何形狀需要進(jìn)入相機和背光照明的零件頂部和底部（或正面和背面）。

背光視覺(jué)系統的掙扎

  此外，當零件在輸送線(xiàn)上移動(dòng)時(shí)，部件放置的幾何形狀會(huì )受到限制，尤其是在無(wú)法將背光有效地插入產(chǎn)品的“輸送機”上的情況下（圖1a）。這些機器視覺(jué)應用中的大多數只需要一個(gè)輪廓即可有效地產(chǎn)生即時(shí)對比度（通常稱(chēng)為白色背景黑色部分），在這種情況下，預計光線(xiàn)不會(huì )穿透該部分（請參見(jiàn)圖1b）。

  但是，黑白輪廓主題存在變化-即那些需要光線(xiàn)以不同方式穿透零件的應用。例如，這可能包括需要在另一個(gè)對象中定位具有不同成分或質(zhì)地的固體對象或在包裝中標識液位的應用。在此博客文章中，我們將集中討論差分背光的穿透率，并說(shuō)明不同波長(cháng)在何處以及為何有用的各種示例。

▲圖1a –背光功能圖

▲圖1b –典型的輪廓BL圖像

使用背光燈檢查物體是否存在

  制藥行業(yè)中常見(jiàn)的背光應用是在將繃帶，襯墊或紗布材料包裝成無(wú)菌包裝后，檢查其是否存在。由于插入的物體及其包裝都是柔軟的，并且通常是半透明的，因此我們可以使用標準背光燈輕松檢查是否存在。

  圖2示出了其密封的無(wú)菌紙包裝中的小的棉眼墊；在此示例中，視覺(jué)系統可以快速驗證是否存在，同時(shí)可以測量近似的尺寸和形狀參數以驗證是否包裝了正確的墊。將此圖像與圖2中未插入焊盤(pán)的圖像進(jìn)行比較。后，在圖2中，我們可以看到包裝中有多個(gè)焊盤(pán)的結果。注意，在本申請中，背光均勻性不如具有足夠的光強度穿透感興趣的物體及其包裝重要。

▲圖2 –包裝紙中的無(wú)菌墊       –不存在無(wú)菌墊                –紙中的多個(gè)無(wú)菌墊

波長(cháng)如何影響背光應用

  在背光應用中滲透材料時(shí)，具有足夠的強度是僅有的解決方案嗎？如果考慮可見(jiàn)光譜和近可見(jiàn)光譜（圖3），我們會(huì )看到白色或人類(lèi)可見(jiàn)光的波長(cháng)范圍為400 nm至約700 nm。紫外光的范圍從400 nm到大約200 nm，紅外光的范圍從700 nm到更高。

  考慮到這些信息，記住光波長(cháng)和穿透能力之間存在直接的相關(guān)性是很有用的。因此，對于相同的材料，例如，在背光應用長(cháng)較長(cháng)的光（例如紅色或IR）可能比藍色更深。

▲圖3 –可見(jiàn)光譜和近可見(jiàn)光譜

▲檢查半透明PCB

  在此示例中，我們在半透明，填充的PCB上分別使用了紅色和近紅外表面安裝背光燈（分別為圖4a和4b）來(lái)測試每種波長(cháng)穿透材料的程度。我們看到，與660 nm紅光相比，880 nm紅外光更好地定義了板上的走線(xiàn)。但是，我們如何知道紅外光不僅相對于攝像機而言強度更高，還是照相機對紅外光更為敏感？

▲圖4a –具有紅色（660nm）BL的PCB           圖4b –具有IR（880nm）BL的PCB

  更仔細地檢查板的圖像，我們注意到板的上部有一個(gè)孔。將此圖像與880 nm紅外圖像進(jìn)行比較，可以看到紅色（較短波長(cháng)）的光是如此明亮，以至于在孔邊緣都散發(fā)出光。考慮到這一點(diǎn)，我們可以得出結論，盡管相機對紅光更敏感，但紅外光顯然可以更好地穿透板子。

檢查白熾燈泡燈絲

  在檢查白熾燈泡燈絲時(shí)，可以觀(guān)察到類(lèi)似的滲透趨勢。用470 nm藍色，660 nm紅色和880 nm IR背光（分別為圖5a，5b，5c）拍攝的一系列圖像說(shuō)明了這一點(diǎn)。藍光不會(huì )穿透燈泡玻璃和擴散器涂層；紅燈顯示一些細絲細節；終，紅外燈顯然會(huì )產(chǎn)生有用的檢查細節。

▲圖5a –藍色（470nm）BL     圖5b –紅色（660nm）BL      圖5c – IR（880nm）BL

驗證瓶中的液位

  另一個(gè)常見(jiàn)的背光應用是驗證瓶子中的液體填充量。在此示例中，有色玻璃瓶包含透明的古龍水。如果我們用常見(jiàn)的紅色背光，我們會(huì )看到光線(xiàn)沒(méi)有穿透瓶子（圖6a）。基于較長(cháng)波長(cháng)的光可以更好地穿透的一般假設，我們切換到880 nm的IR光；請注意，它仍然不能穿透瓶子及其內容物（圖6b）。為了完整起見(jiàn)，我們嘗試使用波長(cháng)短的藍色光。有趣的是，它可以穿透瓶子并充分地容納內容物，以驗證液體填充高度（圖6c）。

▲圖6a –紅色科隆香水瓶    圖6b –帶有紅外的科隆香水瓶     圖6c –藍色科隆香水瓶

  重要的是要注意，根據我們檢查的是不透明物體還是半透明物體，零件顏色對對比度的影響不同。對于不透明的物體，我們使用反射光而不是透射光（背光）進(jìn)行檢查，因此特定于波長(cháng)的顏色對比度非常重要。在對半透明部件進(jìn)行背光照明時(shí)，顏色通常在通過(guò)對象的特定于波長(cháng)的差分光傳輸中起次要作用，而材料的成分，內部結構和/或紋理在這方面的影響更大。