使用進階光源部署 擴展機器視覺應用
- DIGITIMES企劃
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機器視覺系統可進行大量、且快速的工件狀態資料獲取，也能整合自動化系統進行處理，除可運用於加工狀況監控外，利用特殊光源強化擷取圖像、同時搭配進階圖像分析處理，持續推進機器視覺應用探索更多應用可能…
機器視覺系統為運用電子設備取代肉眼視覺，搭配資訊系統進而擴展如自動化處理與進階圖像分析等用途，實際上若僅使用常規圖像擷取、分析，機器視覺系統系統能擴展的應用就相對受限，反而透過不同的光譜光源輔助、搭配對應的圖像擷取模組，不僅可以推進機器視覺系統朝更高精度或是擴展3D檢測等進階機器視覺系統應用，也能對於感測精度、速度與正確率大幅提升。
機器視覺不會倦勤 大量生產檢測工作效率高
機器視覺系統的優點就在於它能達到人眼無法達成的檢視效用，尤其在精密度與分析成果，因為是利用機器與分析軟體輔助，所以檢測結果在重複性的工作上，更不會發生因為品檢人員疲勞或分心問題，檢測品質只要圖像擷取與處理程序處理得宜，基本上都能達到優於人眼目測品檢的成果。機器視覺系統甚至可運用特殊光源輔助，達到超越人眼的檢測用圖，如檢測加工工件的表面處理區面狀態、或是整體工件的加工品質等。
在系統組成結構方面，機器視覺系統為由光源、鏡頭、圖像擷取模組、圖像採集介面卡、影像處理平台所組成，影像處理平台包含工業用電腦(或是進階工作站)與機器視覺圖像分析軟體等，影像處理卡則在圖像擷取系統為類比視訊輸出傳送視訊，需配置對應影像擷取卡，而新的數位影像擷取模組為使用數位傳輸線路整合，數位視訊傳送可透過如數位序列傳輸線連接，送達機器視覺圖像分析電腦的視訊不需再處理類比/數位轉換，可直接將視訊轉入分析軟體進行圖像分析處理，處理速度可進一步再提升。
部署正確輔助光源 需先理解不同光源特性
除傳輸影像格式外，另一個影響機器視覺系統導入效用的重點即在於輔助光源，而在機器視覺系統設計中，環境照明(Lighting)設計為工序現場可加以控制重要條件，其可控制的參數相當重要，如光源的方向(Direction)、光譜(Spectrum)、極性(Polarization)、強度(Intensity)、均勻性(Uniformity)…等可控參數。
光的輔助照明主要會有直射(Directed)設置與散射(Diffuse)設置兩種方式，兩種光源設置的差異主要是由選用輔助光源類型與光源放置位置差異而定；光譜即為輔助光的顏色表現，主要重點在光源的發光類型，擷取端為針對光源或是鏡頭、濾光片、感測器的性能表現，至於光源之光譜為使用色溫進行測量；極性部分則為光波本身的極性表現，例如，鏡面反射光就是有極性光型、漫射的反射光(diffused reflected light )則為沒有極性的光型，一般可在鏡頭前端再增加對應濾光處理來減低鏡面反射光的問題。
在光的強度部分，光強度不夠會影響圖像對比度降低、光強度太大則會導致光源功耗浪費、光源還需使用主動散熱處理，也可能導致光源部署衍生維護問題；在輔助光的均勻性(Uniformity)方面，是維持機器視覺系統穩定擷取工件圖像最基本部署要求，但光的均勻性也會因光源距離、設置角度、光強度而出現差異。
受測工件的光學特性 也會影響視覺系統運行品質
對機器視覺系統所擷取的工件物體狀態，其工件的物理光學特性也會影響整個光源部署的最佳化方法，其中包含工件的對光的反射(Reflectance)、透射(Optical density)、折射(Refraction)、顏色(Color)、紋理(Texture)、高度(Height)、表面方向(Surface orientation)…等條件差異。
受測工件的反射材質問題，主要會有鏡面反射與漫反射兩種反應類型；透射型的工件狀態，部署光源必須關注的重點在於工件物體本身使用的材料、構成結構與工件厚度狀態；工件的折射表現，主要是透明工件材料才會有的光反應狀態；工件本身的材料或是外觀加工的顏色狀態，會影響材料的透射、反射狀態；工件的紋理狀態，材料本身的紋理可利用輔助光弱化紋理，或是利用光的設置角度凸顯工件紋理；工件本身的高度，採行直射式的輔助照明，可強化工件的高度圖像分析結果，使用散射型的輔助光則可減弱工件本身的高度狀態；工件的表面方向特性，輔助光源採直射式照明，可增加材料表面的方向性圖像擷取資訊，若使用散射型的照明輔助，則可弱化工件材料表面的方向性資訊。
搭配鐳射參照處理 提升3D機器視覺效用
除了材料本身對光的物理特性外，在機器視覺使用3D視覺檢測場合越來越多，導入3D視覺檢測對於輔助光源要求更高，往往還需要在系統增設更高品質、高穩定度表現的線光源進行圖像分析輔助，另對特殊線光源的輸出功率、線寬表現、景深表現的實際效用，均有當高的精度要求。
一般會搭配半導體鐳射器產生鐳射光束、再搭配光學透鏡總成產生線性輔助參照光源，實現較為均勻、穩定的功率分佈狀態。一般半導體鐳射器輔助下的機器視覺系統，可用於如工件的加工處理、開孔精密度確認或位置校準用途，此外如材料工件處理加工工序後的表面輪廓確認測量、半導體蝕刻或加工處理品質確認、工業用進階檢測等機器視覺用途，均是常見的輔助設計方式。
使用半導體鐳射發射器輔助參照有相當多優點，因為鐳射器在參照線的輸出波長與輸出功率表線都相較其他光源更為穩定，鐳射發射器使用恆定功率輸出控制，在輸出參照線的同時也搭配感測機制回擴輸出效果，透過回饋電路主動調校維持穩定輸出品質，而半導體鐳射發射器也具備高可靠性、過電壓保護、靜電保護與高溫保護等設計，維持整個機器視覺系統的高穩定度運行表現。
半導體鐳射發射器的參照圖樣多元，可以針對驗證分析需求選擇對應的輸出參照線圖樣，使用如單一直線、十字線、平行橫線、4 x 4/7 x 7格網線、單一直線排佈的點狀虛線、正方陣列式方形點狀圖樣、圓形圖樣、同心圓圖樣…等不同輸出樣式選擇，可針對工件量測的使用檢測重點，選擇所需的參照輸出樣式。而在半導體鐳射發射器的參照線使用條件，除線寬、景深是重要參考參數外，也必須注意輸出圖樣本身的線性度表現，因為若線性度表現不佳，經由機器視覺系統擷取反饋至分析系統的圖像就會出現判斷誤差，對線性度的要求可關注在準直角的溫度飄移表現，與各項精度要求數據進行部署系統的參考。
