在機(jī)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(cè)量和方向/位置，尤其是在與拾放或視覺(jué)引導(dǎo)的機(jī)器人應(yīng)用程序結(jié)合使用時(shí)。但是，將背光照明納入機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可能會(huì)很困難，這主要是因?yàn)椴考胖玫膸缀涡螤钚枰M(jìn)入相機(jī)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(tǒng)的掙扎

  此外，當(dāng)零件在輸送線上移動(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(jī)”上的情況下（圖1a）。這些機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用中的大多數(shù)只需要一個(gè)輪廓即可有效地產(chǎn)生即時(shí)對(duì)比度（通常稱為白色背景黑色部分），在這種情況下，預(yù)計(jì)光線不會(huì)穿透該部分（請(qǐng)參見(jiàn)圖1b）。

  但是，黑白輪廓主題存在變化-即那些需要光線以不同方式穿透零件的應(yīng)用。例如，這可能包括需要在另一個(gè)對(duì)象中定位具有不同成分或質(zhì)地的固體對(duì)象或在包裝中標(biāo)識(shí)液位的應(yīng)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(zhǎng)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)可以快速驗(yàn)證是否存在，同時(shí)可以測(cè)量近似的尺寸和形狀參數(shù)以驗(yàn)證是否包裝了正確的墊。將此圖像與圖2中未插入焊盤的圖像進(jìn)行比較。后，在圖2中，我們可以看到包裝中有多個(gè)焊盤的結(jié)果。注意，在本申請(qǐng)中，背光均勻性不如具有足夠的光強(qiáng)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(zhǎng)如何影響背光應(yīng)用

  在背光應(yīng)用中滲透材料時(shí)，具有足夠的強(qiáng)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)看到白色或人類可見(jiàn)光的波長(zhǎng)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(zhǎng)和穿透能力之間存在直接的相關(guān)性是很有用的。因此，對(duì)于相同的材料，例如，在背光應(yīng)用長(zhǎng)較長(zhǎng)的光（例如紅色或IR）可能比藍(lán)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?cè)诎胪该鳎畛涞腜CB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(cè)試每種波長(zhǎng)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。但是，我們?nèi)绾沃兰t外光不僅相對(duì)于攝像機(jī)而言強(qiáng)度更高，還是照相機(jī)對(duì)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(xì)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(zhǎng)）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(jié)論，盡管相機(jī)對(duì)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)，可以觀察到類似的滲透趨勢(shì)。用470 nm藍(lán)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(lán)光不會(huì)穿透燈泡玻璃和擴(kuò)散器涂層；紅燈顯示一些細(xì)絲細(xì)節(jié)；終，紅外燈顯然會(huì)產(chǎn)生有用的檢查細(xì)節(jié)。

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

驗(yàn)證瓶中的液位

  另一個(gè)常見(jiàn)的背光應(yīng)用是驗(yàn)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)看到光線沒(méi)有穿透瓶子（圖6a）。基于較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光可以更好地穿透的一般假設(shè)，我們切換到880 nm的IR光；請(qǐng)注意，它仍然不能穿透瓶子及其內(nèi)容物（圖6b）。為了完整起見(jiàn)，我們嘗試使用波長(zhǎng)短的藍(lán)色光。有趣的是，它可以穿透瓶子并充分地容納內(nèi)容物，以驗(yàn)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(lán)色科隆香水瓶

  重要的是要注意，根據(jù)我們檢查的是不透明物體還是半透明物體，零件顏色對(duì)對(duì)比度的影響不同。對(duì)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(zhǎng)的顏色對(duì)比度非常重要。在對(duì)半透明部件進(jìn)行背光照明時(shí)，顏色通常在通過(guò)對(duì)象的特定于波長(zhǎng)的差分光傳輸中起次要作用，而材料的成分，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和/或紋理在這方面的影響更大。