Das Ziel ist sehr einfach, einen Kontrast zu schaffen. Sie ist die Voraussetzung für einfache, schnelle und robuste Prüfprogramme. Ohne sie kann die effizienteste Bearbeitungssoftware nicht zuverlässig arbeiten.

Es gibt zahlreiche direkte und indirekte Wechselwirkungen zwischen Beleuchtung und Umwelt: Zu untersuchende Materialien, Umgebungslicht, Objektive, Kameras und Maschinenumgebung sowie Bildverarbeitungshardware und -software beeinflussen den Erfolg oder Misserfolg der Beleuchtung.

Die Zusammensetzung der Beleuchtung muss grundsätzlich der Empfindlichkeit des Bildsensors entsprechen, so dass die Breite des Spektralbereichs des Lichts normalerweise auf 300 nm für UV-Licht und 1400 nm für NIR begrenzt ist. Das geprüfte Material, die Linse und der Sensor müssen in diesem Bereich aufeinander abgestimmt sein.

Je nach Technologie und Design haben Bildsensoren, auch das menschliche Auge, eine unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber unterschiedlichen Lichtfarben. Insbesondere im Bereich des berechenbaren, aber nicht direkt vergleichbaren unsichtbaren Lichts (UV und Infrarot) gelten sie für die Erkennung von Beleuchtung.

Bei der mechanischen Bildverarbeitung werden nur die absoluten Helligkeitsunterschiede verwendet und analysiert. Die Ergebnisse für Mensch und Maschine sind weit entfernt und müssen berechnet werden, daher ist die Hilfe der Bildverarbeitungstechnik notwendig.

Beispiel für Kontrast:

Die Entfernung ist ein wesentlicher Faktor für eine erfolgreiche Beleuchtung. Das photometrische Abstandsgesetz gibt folgende Zusammenhänge für einfallendes Licht vor:

Wird der Abstand zum Objektlichtanteil verdoppelt, bleibt nur ein Viertel der ursprünglichen Beleuchtung und die Einstrahlung erhalten.

Leider führt in diesem Fall das menschliche Auge mit seiner logarithmischen Helligkeitserkennung zu Fehlern. Daher sollte für den Helligkeitsabfall-Test das Bildverarbeitungssystem konsultiert werden.

Abstandsänderungen haben keinen Einfluss auf die Helligkeit der Beleuchtung. Dadurch kann die Hintergrundbeleuchtung ohne Helligkeitsverlust in einem größeren Abstand zum zu prüfenden Material platziert werden.

 

Unterschiedliche Implementierungsszenarien erfordern unterschiedliche Komponenten. So ist zum einen eine Beleuchtung erforderlich, die eine maximale Homogenität ermöglicht (z.B. für die Hintergrundbeleuchtung). Andererseits werden andere Beleuchtungsformen oft so gestaltet, dass ein auf eine bestimmte individuelle Form ausgerichtetes Beleuchtungsprofil entsteht (z.B. für Dunkelfeldbeleuchtung).

Ausgehend von absoluter Helligkeit, Homogenität oder Beleuchtungsprofil können Informationen über Auf- und Hintergrundbeleuchtung bereitgestellt werden.

Die Farbe der Beleuchtung, die durch spezifische Wellenlängenstrahlung erzeugt wird, ist ein wesentliches Merkmal der Beleuchtung, das von außen für den Menschen erkennbar ist. Diese Farbe bewirkt eine Reaktion im Objekt (Absorption, Reflexion und Transmission). Die der Farbe des Prüflings entsprechende Beleuchtung mit weißem Licht wird besonders gut reflektiert und ist daher sehr effektiv. Die Komplementärfarbe hingegen wird effektiv entfernt und erscheint daher dunkel. Der selektive Einsatz von Komplementärfarbe und Farbe ist ein Prinzip für die Auswahl der Wellenlängen des Lichts.

Objekte, die mit weißem Licht achromatisch erscheinen (z.B. Metalloberflächen), weisen darauf hin, dass sie alle Wellenlängen gleichmäßig reflektieren. Die Farbwahl der Beleuchtung spielt bei diesen Objekten eine wichtige Rolle.

Doch nicht alles weiße Licht ist gleich. Um eine gleichmäßige Helligkeit des zu prüfenden Materials zu erreichen, muss die Zusammensetzung des im Weißlicht verwendeten Spektrums bekannt sein. Dies ist wichtig für die Farbbildverarbeitung, wo Unterschiede in der Lichtkomposition durch den Weißabgleich korrigiert werden können.

Die menschliche Wahrnehmung ist für UV- und Infrarotlicht, dessen Wellenlänge außerhalb des sichtbaren Feldes liegt, nicht wirksam. Die Wechselwirkung zwischen der "Farbe" des Lichts und dem zu prüfenden Material kann nicht vorhergesagt werden. Sie müssen experimentell ermittelt werden.

 

Abbildung 1: Die Farben und Komplementärfarben stehen sich im Farbkreis gegenüber. Abb. 2: Graue Klemmleiste mit orangefarbenen Klemmkontakten (beide links im Bild). Orangefarbene Zündung (links), die mit der ergänzenden blauen Farbe (rechts) beleuchtet wird.

Veränderungen in der Position des Elements oder variable Lichtabstrahlung im Tagesverlauf können dazu führen, dass die eingesetzte Beleuchtung keinen konstanten Kontrast liefert und damit die Stabilität und Zuverlässigkeit der Bildverarbeitung beeinträchtigt.

Die folgenden Beispiele können als Gegenmaßnahme für fremde und störende Beleuchtung verwendet werden:

● Der Einsatz von Licht ist wesentlich effizienter, so dass die spezifische Beleuchtung stärker ist als die Interferenz.
● Kurzzeitbeleuchtung in Kombination mit Blitzlicht.
● Der Einsatz von Lichtfiltern in Kombination mit der entsprechenden Lichtfarbe.
Lichtdichtes Schutzgehäuse um das Bildgerät herum.

Aufgrund der großen Energiemenge der mit Laser und LED's als Lichtquelle bestrahlten Beleuchtung ist es notwendig, Maßnahmen zu ergreifen. Hinzu kommt, dass ein Teil der verwendeten Beleuchtung in das unsichtbare Feld von UV- und Infrarotlicht strahlt, was besonders gefährlich ist, da es vom Menschen nicht direkt erkannt werden kann. Bedenken hinsichtlich der Gefahr für Augen und Haut (insbesondere UV). Bei einigen einfachen Verfahren können die von diesen Lichtquellen ausgehenden Gefahren jedoch reduziert werden:

● Schauen Sie nicht direkt in die Beleuchtung.
Schalten Sie die Beleuchtung nur dann ein, wenn es für die Bildverarbeitung notwendig ist (Impuls oder Blitz - kein Dauerbetrieb).