紫外线在机器视觉中的使用

什么是UV紫外线？UV是波长范围为10-400nm的电磁辐射，分为三个不同的波段在300-400nm之间，光谱的波段称为近UV波段，分为UV-A（315-400nm）和UV-B（280-315）子波段在300nm以下，UV-C波段覆盖100-280nm的波长。

在机器视觉应用中，最常用的是UV-A波段中的波长，最常见的是365nm和395nm波长紫外线可用于机器视觉应用中，以检测使用可见光无法检测到的特征由于紫外线被许多材料吸收，因此可以捕获产品表面的图像，并且由于它的波长比可见光短，因此会被产品上的表面特征所散射。

光虎视觉认为紫外线可以以两种不同的方式应用于机器视觉系统在UV照明反射成像应用中，将UV光施加到对象并使用对UV敏感的单色或彩色相机捕获在紫外荧光成像中，对象的表面再次用紫外光照射在添加了荧光增白剂的产品中，例如油漆，塑料，印刷油墨和染料，这些荧光材料将吸收紫外线辐射，然后再辐射更长的扩散波长。

吸收光谱和发射光谱的最大谱带位置之间的波长差称为斯托克斯位移（图1）图1：荧光材料吸收UV辐射并重新辐射更长的漫射波长吸收光谱和发射光谱的最大谱带位置之间的波长差称为斯托克斯位移荧光成像应用在UV荧光应用中，所需的光的强度越高越好，因为发射的光具有更长的波长，因此比吸收的辐射具有更低的能量。

使用仅允许一部分光谱通过的彩色带通滤波器是必不可少的之所以需要这种带通滤光片，是因为现在许多基于CCD和CMOS的相机都具有明显的紫外线敏感性因此，当用于UV荧光应用时，UV光源和可见荧光之间可能会发生干涉。

为了克服这个问题，可以使用滤光片来防止紫外线干扰相机捕获所需的波长在典型的荧光应用中，通常会发出青色，而470nm或505nm的带通滤光片将使青色的光或波长通过，并阻挡所有其他波长，从而限制了图像中不需要的颜色和环境光。

紫外线最常见的带通滤光片是BP470、BP505、BP525、BP590和BP635在用于机器视觉的荧光应用中，最常用的是BP470，这是一个470nm带通滤光片，当与灰度或彩色相机一起使用时，可以增强捕获图像的对比度。

图2：光虎视觉代理的Smart Vision Lights开发了一种色箱测试仪，使设计人员可以用365nm和395nm的照明效果，并观察哪种波长最有效例如，尿布制造商希望检查缝合是否正确当缝合线发荧光时，尽管彩色图像无法显示缝线（图3左），但使用365nm波长的尿布（图3中间）照明比使用波长为395nm的紫外线（图3右）提供了更多的对比度。

同样重要的是所使用的紫外线过滤器的选择如果未使用滤镜，则捕获的图像将无法显示针迹（右图4）但是，通过使用BP470过滤器，尿布内的缝线会暴露出来（左图4）图3：尿布制造商希望检查针迹是否正确应用到产品上。

当缝合线发荧光时，用于立即产生最高对比度可见光图像的UV波长不是立即可见尽管彩色图像无法显示出缝线（左），但使用365nm波长（中间）照亮尿布比使用波长为395nm的UV光（右）提供了更多的对比度反射紫外线同样的，反射UV成像也可以发现产品缺陷。

也就是使用紫外光并捕获反射的紫外光例如，在用于检测产品标签上的气泡的应用中，可以使用UV照明来增强可能存在的任何气泡（图5）图5：例如，在检测产品标签上的气泡的应用中，反射的紫外线照明可用于增强缺陷并增强可能存在的任何气泡。

然而，对于某些应用来说，这种打光是不符合成本的为了突出信封上的胶水，可能需要280nm的紫外线由于胶水吸收280nm的波长，因此它在反射图像中将显示为黑色（图6）但是这样的280nm UV LED是低效的，并且目前每个LED的成本高达20美元。

因此，要产生足够的光，可能需要数百个这样的LED图6：例如，要突出信封上的胶水，可能需要280nm的紫外线由于胶水吸收280nm的波长，因此在反射的图像中它将显示为黑色但许多最新的大电流LED可以在更长的波长下工作，并具有高达10W的封装，并且其光输出增加了前几代产品的10到30倍。

此类UV高电流LED也可以选通以增加光输出——即在高速成像中使用这种UV高电流LED的另一个优点是，它们可以设计成抛物线形反射镜和透镜，以产生集中的聚焦光图案，因此可以在更长的工作距离上使用

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