Aktuální vydání

celé číslo

08

2020

Mozaika novinek a informací

Restart ekonomiky

celé číslo

Kamerová kontrola kvality v blízkém infračerveném spektru

V počítačovém vidění je často využívána přirozená schopnost senzorů CCD a CMOS sní­mat i v pásmu blízkého infračerveného záření (NIR), ve kterém lidské oko již není citli­vé. Je to přesně ono infračervené světlo, které se používá např. v dálkovém ovladači k te­leviznímu přijímači. Jelikož obraz zachycený v této části spektra má některé specifické vlastnosti, používá se velmi často při kontrole kvality potravin a povrchu materiálů nebo v inteligentních dopravních systémech.

 

Kontrola kvality ovoce

Barevnou kamerou lze sledovat např. ba­revnou texturu a tvar jablka, které mají pří­mý vliv na jeho přitažlivost pro spotřebitele. Ovšem vzhledem k různorodé barevné struk­tuře povrchu plodu se obtížně odhalují různé praskliny ve slupce a jiné defekty. Použije-li se kamera snímající v NIR, odfiltruje se barevný pigment slupky a je vidět „holý“ povrch jabl­ka, na kterém lze mnohem snáze nalézt poru­šení hladkého povrchu (obr. 1). Druhá vlast­nost kamer pracujících v NIR spektru je možná ještě důležitější: světlo o delší vlnové délce proniká i pod povrch, kde je více pohlcováno místy s narušenou buněčnou strukturou, takže takto lze odhalit i otlačená místa a počína­jící podpovrchovou hnilobu.
 

Kontrola povrchu obalu s potiskem

Na barevně potištěném obalu výrobku je velmi ne­snadné odhalit škrábanec nebo jiné porušení povrchu. Představme si např. potiště­ný blistr s léky. Mezi písme­ny není snadné objevit trhli­nu v hliníkové fólii, zvláště je-li ukryta na hraně písme­ne. Nasvítí-li se blistr infračerveným svět­lem, potisk „zmizí“, protože většina barev­ných potisků je v NIR spektru neviditel­ná (barevné pigmenty odrážejí stejně jako nepotištěný povrch fólie), a odhalení trh­lin na hladkém povrchu je potom mnohem snazší (obr. 2).
 

Kontrola textilií

U textilií je to podobné: odfiltruje-li se ba­revný potisk, je možné 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 je to zná­mo z přepážky v bance, ale také tím, že část potisku pod světlem ve spektru NIR „zmizí“ (obr. 3). Princip je stejný 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.
 

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. Doba expozice je kompromis mezi dvěma požadavky: má-li být obraz kontrastní i při špatných světelných pod­mínkách, musí být expozice dostatečně dlouhá, ale je-li expozice příliš dlouhá, je snímaný ob­raz pohybujících se předmětů neostrý. Typic­ká maximální doba expozice, aby obraz nebyl rozmazaný, je v řádu desítek mikrosekund, což znamená, že pro nasnímání dostatečně kon­trastního obrazu je zapotřebí poměrně hodně světla. Ve dne je denní světlo dostačující, ale v noci je třeba intenzivní zábleskové přisvět­lení. Aby však nedocházelo k oslnění řidiče, používá se intenzivní infračervené zábleskové zařízení, většinou využívající výkonné LED.
 
Speciálně pro dopravní systémy jsou ur­čeny nejvýkonnější kamery s velkými sen­zory, které mají zvýšenou citlivost v pásmu NIR a velmi malý šum. Pro čtení registrač­ních značek a rozpoznávání obličejů jsou té­měř výhradně používány kamery pro strojo­vé vidění, které poskytují nekomprimovaný obraz vhodný k počítačovému zpracování.
 

Kamery Basler ace NIR

Pro to, aby dostála uvedeným požadav­kům, přichází firma Basler s kamerami se senzory CMOS se zvýšenou citlivostí v pásmu NIR. Na vlnové délce 850 nm jsou tyto senzory až třikrát citlivější než běžné senzory CCD a CMOS. Snímače jsou použity v řadě kamer ace pro gigabitový Ethernet.
 
Miniaturní kamery Basler ace jsou určeny k instalaci do stroje nebo při venkovním pou­žití do kamerového krytu (obr. 4). Rozlišení kamer se pohybuje od VGA až po 14 MPx. Kamery obsahují jeden digitální vstup a jeden výstup pro synchronizaci s okolními sníma­či nebo s osvětlovačem. Na kameře je možné nastavit např. zesílení a dobu expozice, u ba­revných kamer vyvážení bílé barvy, a to jak v manuálním, tak v automatickém režimu. Kvalitu obrazu je možné přizpůsobit pomocí gama korekce nebo vyhledávací tabulky LUT (Look-Up Table). Všechny parametry jsou na­stavitelné ručně i podle programu.
 
Komunikaci zajišťují tři rozhraní (obr. 5). Pro lokální použití v laboratoři nebo v rám­ci stroje vyhoví USB 3.0 s protokolem USB3 Vision. V multikamerových systémech a v dopravě se uplatní gigabitový Ethernet s protokolem GiGE Vision, který umožňu­je připojení kamer na velkou vzdálenost pro­střednictvím ethernetové sítě. Pro vysoko­rychlostní kamery se používá sběrnice Came­ra Link s velkou propustností a malou latencí.
 
Více informací zájemci naleznou na adrese www.visionx.cz.
(ATEsystem, s. r. o.)
 
Obr. 1. Infračervené světlo odfiltruje barevnou texturu na ovoci a odhalí praskliny a počínající hnilobu pod povrchem
Obr. 2. V pásmu NIR není potisk blistru vidi­telný – to umožní lepší inspekci vad povrchu hliníkové fólie
Obr. 3. Bankovky jsou chráněny pigmentem, který je v pásmu NIR neviditelný
Obr. 4. Kamera Basler ace vyniká především malými rozměry
Obr. 5. Kamery Basler ace pro USB3 Vision, GiGE Vision a Camera Link
 
Tab. 1. Přehled kamer Basler ace NIR
 

Za blízké infračervené záření (Near Infrared – NIR) je považováno elektromagne­tické vlnění o vlnové délce 700 až 1 400 nm, které je těsně za hranicí viditelnosti lidským okem. Běžné kamery s křemíkovými senzo­ry CCD a CMOS jsou citlivé v oblasti 400 až 1000 nm, takže jsou schopny snímat jak vi­ditelné světlo, tak NIR, které lidské oko již nevidí. Pro použití pouze v pásmu NIR musí být vybaveny spektrálním filtrem.