kontakt kamery@atesystem.cz
kontakt +420 595 170 472

28. leden 2014

Kamerová kontrola kvality v blízkém infračerveném spektru

Vytvořil:

Tomáš Gřeš

V počítačovém vidění se často využívá přirozené schopnosti CCD a CMOS zobrazovačů snímat i v pásmu blízkého infračerveného záření (NIR), ve kterém lidské oko již není citlivé. Je to přesně ono infračervené světlo, které se používá například v dálkovém ovladači k televizi. Jelikož obraz zachycený v této části spektra má některé specifické vlastnosti, používá se velmi často při kontrole kvality potravin a povrchu materiálů, a také v inteligentních dopravních systémech (ITS).

Za blízké infračervené záření (Near Infrared - NIR) je považováno elektromagnetické vlnění o vlnové délce 700 – 1400 nm, které je těsně za hranicí viditelnosti lidským okem. Běžné kamery s křemíkovými snímači CCD a CMOS jsou citlivé v oblasti 400 – 1000 nm, takže jsou schopné snímat jak viditelné světlo, tak NIR, které již lidské oko nevidí. Pro použití pouze v NIR pásmu musí být vybaveny spektrálním filtrem.

Kontrola kvality ovoce

Barevnou kamerou lze sledovat například barevnou texturu a tvar jablka, což má přímý vliv na jeho atraktivitu pro spotřebitele. Ovšem díky různorodé barevné struktuře povrchu plodu se dost těžko odhalují různé praskliny, díry a jiné defekty. Použijeme-li kameru snímající v NIR, odfiltrujeme barevný pigment a uvidíme holý povrch jablka, na kterém mnohem snáze nalezneme porušení hladkého povrchu. Kromě toho delší vlnová délka proniká hlouběji pod povrch. Světlo je více pohlcováno místy s narušenou buněčnou strukturou, takže díky němu lze odhalit i počínající podpovrchovou hnilobu.

Kontrola povrchu obalu s potiskem

Na barevně potištěném obalu výrobku je velmi nesnadné odhalit škrábanec, nebo jiné porušení povrchu. Představme si například potištěný blistr s medikamenty. Mezi písmeny není snadné objevit trhlinu v aluminiové fólii, zvláště pokud je „ukrytá“ na hraně písmene. Nasvítíme-li blistr infračerveným světlem, potisk zmizí a my můžeme mnohem snáze odhalovat trhliny na hladkém povrchu. Tento princip platí většinou u barevných potisků, které jsou v NIR světle neviditelné.

Kontrola textilií

U textilií je to podobné. Pokud odfiltrujeme barevný potisk, můžeme snáze odhalit různé záškuby, skvrny a cizí vlákna (např. vlasy).

Ochranné prvky bankovek

Bankovky a doklady jsou chráněny nejen barvou reagující na UV záření, jak to známe z přepážky v bance, ale také tím, že část potisku pod NIR světlem zmizí. Je to stejný princip, jako u kontroly povrchu obalu. Pro kontrolu vytištěných bankovek jsou v tomto případě vhodné zejména vícečipové řádkové kamery, které obsahují tři barevné a jeden infračervený kanál. Jedinou kamerou tak lze snímat zároveň barevný potisk i ochranné prvky bankovek.

Kontrola ochranných prvků bankovek NIR kamerou

Dopravní systémy s nočním snímáním

Kamerové systémy na silnicích se používají jako doplněk k systémům měření rychlosti, na mýtných branách, při kontrole průjezdu křižovatkou na červenou apod. Pro zachování ostrého a kontrastního obrazu je nutné volit takovou dobu expozice, aby nedošlo k jeho rozmazání. Typická maximální doba expozice se pohybuje v řádu desítek mikrosekund, což znamená, že pro nasnímání dostatečně jasného obrazu potřebujeme poměrně hodně světla. Během dne je dostačující denní světlo, ale v noci je potřeba intenzivní zábleskové přisvětlení. Aby nedocházelo k oslnění řidiče, používá se intenzivní infračervené světlo, většinou postavené na bázi supervýkonných LED diod.

Speciálně pro dopravní systémy jsou určeny nejvýkonnější kamery s velkými senzory, které mají zvýšenou citlivost v NIR pásmu a velmi nízký šum. Pro účely čtení registračních značek a rozpoznávání obličejů jsou téměř výhradně používány kamery pro strojové vidění, které poskytují nekomprimovaný obraz vhodný pro počítačové zpracování.

Kamera Basler ace NIRKamery Basler ace NIR

Aby dostála výše uvedeným požadavkům, přichází firma Basler s novými senzory na bázi technologie CMOS se zvýšenou citlivostí v NIR pásmu. Na vlnové délce 850 nm jsou tyto snímače až třikrát citlivější než běžné CCD a CMOS kamery. Snímače jsou použity v nejpopulárnější řadě kamer ace pro gigabitový ethernet.

Miniaturní kamery Basler ace jsou určeny pro instalaci do stroje, nebo kamerového krytu při venkovním použití. Rozlišení kamer se pohybuje od VGA až po 14 megapixelů. Kamery obsahují jeden digitální vstup a jeden výstup pro synchronizaci s okolními čidly, nebo s osvětlovačem. Na kameře je možno nastavit například zesílení a dobu expozice, u barevných kamer vyvážení bílé barvy. A to jak v manuálním, tak automatickém režimu. Samozřejmostí je přizpůsobení kvality obrazu pomocí gama korekce, nebo LUT tabulky. Všechny parametry jsou ručně i programově nastavitelné.

Rozsáhlé možnosti komunikace zajišťují tři možná rozhraní. Pro jednoduché lokální použití v laboratoři, nebo ve stroji, vyhoví USB3.0 s protokolem USB3 Vision. V multikamerových systémech a v dopravě se uplatní spíše gigabitový ethernet se standardem GiGE Vision, který umožňuje připojení kamer na velkou vzdálenost přes standardní ethernetovou síť. Pro vysokorychlostní kamery je pak použita sběrnice Camera Link s vysokou propustností a extrémně nízkou latencí.

Srovnání spektrální odezvy kamer acA1300-60gm a acA1300-60gmNIR (zdroj: www.baslerweb.com)

Obr.: Srovnání spektrální odezvy senzorů kamer Basler acA1600-60gm a acA1600-60gmNIR

Přehled kamer Basler ace NIR

Rozlišení

Model

Rozlišení (v pixelech)

Frekvence (Hz)

1.3 MP

acA1300-60gmNIR

1280 x 1024

60

2 MP

acA2000-50gmNIR

2048 x 1024

50

4 MP

acA2040-25gmNIR

2048 x 2048

25

Testování kamer Basler zdarma

Všechny kamery Basler je možné si u nás zdarma zapůjčit a otestovat přímo ve Vaší aplikaci. Na základě Vámi zaslaných vzorků můžeme také provést zkoušku a navrhnout Vám konkrétní sestavu a případně vhodný algoritmus pro zpracování obrazu.

Neváhejte nás kontaktovat s jakýmkoliv požadavkem!

Logo
Top