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改善机器视觉照明以优化食品和饮料的检测效果

2021-01-08    

中国照明网报道

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导语: 为特定波长量身定制的LED可以发现隐藏或难以检测的信息。

  为特定波长量身定制的LED可以发现隐藏或难以检测的信息。

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图1:用波长为1550 nm的SWIR光照射的糙米表现出强吸收性。

  正确检查食品,饮料及其相关包装需要适合各种参数(例如尺寸,形状,颜色,缺陷和完整性)处理图像的能力。为此,优化照明强度,均匀性和几何形状以获得具有良好对比度和信噪比的图像至关重要。另外,有机和无机材料的不同光吸收特性可能使这些应用的合适波长的选择成为挑战。为了获得最佳的照明选择,工程师必须了解必要的照明因素和照明的最新技术。

  就波长而言,可见光(RGB),近红外(NIR)和短波红外(SWIR)光谱都可能在这些检查中起作用。事实证明,红外波长对于检测水果,蔬菜,大米,玉米,坚果,大豆和咖啡等收获产品中的异物,霉菌,疾病和害虫引起的缺陷和污染特别有效。


图2:SWIR照明使塑料容器的标签透明,从而可以轻松测量水基液体的填充水平。


图3:使用RGB照明无法检测到苹果表面的青紫(左图)。另一方面,SWIR照明使瘀伤非常容易检测(右)。

  通常存在每个样品颜色的最佳波长。例如,糙米在1550 nm SWIR波长下照明,相比红米样品吸收光的能力更强(图1)。SWIR灯可有效测量玻璃和IR透明塑料瓶中的灰度填充量,因为在SWIR照明下水性液体会变暗。(图2)。表面下的缺陷,例如水果中的瘀伤,用白光很难检测到,在红外光下很容易出现(图3)。

  紫外线(UV),红色,绿色和蓝色照明通常还可以显示比白光提供更多的信息。LED照明可提供所有这些波长的照明,因此可适用于多种检查类型。如果样品存在多种类型的缺陷,每种缺陷最容易通过与其他缺陷不同的波长来检测,则同时使用调谐至不同波长的多个LED可能会很有用。

  与传统上用于高光谱成像的卤钨钨灯相比,宽带LED高光谱灯更好地用于热敏产品的检查。传统照明产生的大部分能量(感兴趣的波长之外)都会产生多余的热量。根据卤素灯泡的具体类型,温度可能超过100°C,因此通常需要使用主动或被动冷却。现已提供可冷却的宽带LED灯,并确保它们不会烹饪或熔化产品或导致产品加速变质。

  食品和饮料包装可以覆盖多种材料,类型和尺寸,每种材料都可能具有用于检验应用的最佳光波长。例如,图4中包装材料的反射会干扰视觉系统正确读取打印文字的能力。使用红光可使黄色包装在输出图像中变亮,从而使包装的白色和黄色部分上的文本与背景具有较高的对比度。

  红外成像通过使其更易于阅读代码和有效期来为食品包装检查应用服务。例如,图5显示了酸奶杯的套印盖,其中难以读取有效期信息。在940 nm波长下,被打印图像中的墨水吸收并在有效期内被墨水反射的照明提供对比度,使日期更易于查看和成像。另外,该光还在包装的实际表面上暴露出诸如撕裂和孔洞之类的缺陷。

  较长的波长或SWIR照明通常也可用于食品和饮料检查,尤其是涉及水或湿气含量的检查。但是,SWIR LED的一个常见问题是与标准可见光LED相比亮度要低得多。

  高光谱成像还可以帮助检查热封包装,以检查密封件内部是否存在任何污染,这可能会损害产品的完整性。红外照明在密封处穿透包装,在特定波长下出现污染的光使得可以对其化学成分进行分析。然后,分析可以识别并消除污染源。


图4:带有红色LED的平面圆顶照明消除了糖果包装上的反射光,并在读取日期代码时提高了对比度。

  在确定适当的光波长之后,还需要选择光源的形状或形状因数。LED灯有环形,圆顶形,同轴形,准直形,条形和线形。除了演示红色LED在此应用中的价值外,图4还展示了采用平面圆顶照明的好处,该圆顶照明可产生散射光和消除反射的均匀照明。在此示例中,仅10毫米厚的平面圆顶照明可以容纳在有限的检查空间中。


图5:红外LED使塑料盖上的印刷文本不可见,从而使日期代码更易于阅读。

  环形灯可以从上方照亮物体,而摄像机则可以从环形中心观察。该技术照亮了漫反射的非反射对象,例如图5中的示例,该对象使用带有IR LED的环形灯。低角度环形灯,以大角度安装在环形柔性电路板上的LED,使灯的安装位置更接近被检物。这样可以提供暗场照明,突出显示表面特征。相机仅接收由于缺陷而散射的光。

  与光的形状一样重要,LED在食品和饮料检测中有时需要无菌或清洁环境的操作要求中的运行状况也可以作为选择的重要标准。防蒸汽IP69K外壳可承受高压和高温冲洗要求。IP65和IP67机柜支持其他冲洗系统。

  事实证明,光线质量的一致性在食品和饮料检查中尤为重要,因为光照条件的变化可能导致错误的通过或失败结果。智能照明解决方案提供高级控制功能,以解决由于自然的LED老化或温度或环境光条件等外部因素的变化而导致的光强度随时间降低的问题。此外,智能照明解决方案可以记录和记录有关设备维护和照明质量一致性的数据,可以满足FDA数据跟踪要求。

  精准的光源选择,可以获取到更好的图片,更凸显产品的瑕疵,光源不再只是单一的照明作用,精确的波长选择可以带来更好的效果。尤其可以尝试红外光和紫外光,可能会带来意想不到的效果。

编辑:严志祥

来源:外星眼机器视觉

标签:机器  视觉照明  食品  饮料  检测效果  

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