2025年のマシンビジョンシステムにおける照明システム

25年2025月XNUMX日

2025年において、照明はあらゆるマシンビジョンプロセスの基盤となります。適切な照明は、システムが高品質な画像を撮影し、正確な検査をサポートします。照明をカスタマイズすることでコントラストを最大限に高めることで、隠れていた欠陥を発見しやすくなります。従来のマシンビジョンソリューションとAIベースのマシンビジョンソリューションの両方において、照明の一貫性が不可欠です。研究によると、照明が不十分であったり一貫性がなかったりすると、精度と信頼性が低下することが分かっています。半透明材料の検査などのアプリケーションでは、最適な結果を得るために、カスタマイズされた照明設定が必要です。照明システムマシンビジョンシステムの性能は、正確なキャリブレーションと再現性の高い品質管理のために、安定した明るい照明に依存します。

主要なポイント（要点）

良好な照明はマシンビジョンシステムの基礎であり、画質、コントラスト、欠陥検出。
LED 照明は、ほとんどのマシンビジョンタスクにおいて、長寿命、エネルギー効率、安定した照明の最適なバランスを提供します。
適切な照明タイプ、色、フォームファクターの選択は、対象物の表面、色、サイズ、検査環境によって異なります。
スマートで適応性の高い照明システムは、AI とセンサーを使用して照明をリアルタイムで調整し、精度と柔軟性を高めます。
エネルギー効率の高い照明は、マシンビジョンアプリケーションで高いパフォーマンスを維持しながらコストを削減し、持続可能性をサポートします。

照明システムマシンビジョンシステム

照明の重要性

照明システムとマシンビジョンシステムの性能は、照明が重要な特徴をどれだけ鮮明に映し出すかに大きく左右されます。適切な照明は、ビジョンシステムが高品質な画像を取得するのに役立ちます。照明は対象物と背景のコントラストを高め、エッジ、形状、欠陥の検出を容易にします。明視野、暗視野、バックライトなど、様々な照明方法によって、特徴の見え方は変化します。照明角度は反射率と画質に影響します。例えば、明視野照明では45度から90度の角度で照射しますが、暗視野照明では浅い角度で照射することで、傷やエッジを際立たせます。

照明システムとマシンビジョンシステムのセットアップでは、ビームの方向を考慮する必要があります。直接照明は強い影を作り出し、散乱照明は影の影響を軽減します。均一な照明は、部品の通常の変化や位置の変化が画質に影響を与えないようにします。フィルターと色の選択は、グレアの軽減とコントラストの向上にも役立ちます。適切な照明は、表面検査の精度と信頼性を高めます。マシンビジョンシステムのパフォーマンスが低下する最も一般的な原因は、照明不足です。カメラやソフトウェアでは、照明不足によって引き起こされる問題を解決することはできません。

注: 適切な照明は、画像取得と画像処理ビジョンシステムがあらゆる詳細を確実に認識できるようにすることで、品質管理をサポートします。

コントラストを最大化する

コントラストの向上は、照明システムとマシンビジョンシステムの成功の鍵となります。コントラストは、画像内の明るい部分と暗い部分の差を定義します。高いコントラストは、ビジョンシステムがエッジ、特徴、欠陥を検出するのに役立ちます。コントラストを最大化するように照明を調整することで、物体検出能力が向上します。照明における色の選択色は重要な役割を果たします。物体によっては特定の色を反射したり吸収したりするものがあり、適切な色を使うことで特徴を際立たせることができます。偏光フィルターなどのフィルターは、ぎらつきを抑え、隠れた細部を際立たせるのに役立ちます。

照明システムとマシンビジョンシステムのセットアップでは、様々なタスクに合わせて特別な技術が用いられます。バックライトはエッジや穴を強調し、拡散照明は複雑な表面に均一な光を与えます。暗視野照明は浅い角度で傷やへこみを鮮明に映し出します。研究によると、コントラストの高い高画質画像は、AIモデルによる欠陥検出精度を向上させることが示されています。ResNetやEfficientNetなどのモデルは、照明とコントラストが良好な画像でトレーニングすると最も効果的に機能します。これは、コントラストを最大化することで、マシンビジョンにおける検査精度が向上し、信頼性の高い結果が得られることを証明しています。

マシンビジョン照明の種類

LEDとその他の光源

照明技術はあらゆるマシンビジョンアプリケーションの基盤を形成します。最も一般的な照明の種類はマシンビジョン照明照明にはLED、ハロゲン、蛍光灯、メタルハライド、キセノン光源などがあります。それぞれの照明タイプは、異なる検査タスクに独自の利点をもたらします。

照明源の種類	市場占有率（％）	Notes
金属LED光源	50	最大の市場シェア、最も急成長
ハロゲン光源	30	市場シェア第2位
その他の種類	20	残りの市場シェア

LED照明技術市場を席巻しています。LEDは最長100,000万時間も寿命があり、消費電力はごくわずかです。発熱が少なく、安定した照明を提供するため、ビジョンシステムの高画質維持に役立ちます。ハロゲンランプは幅広いスペクトルと高い輝度を誇りますが、寿命が短く、消費電力も大きくなります。蛍光灯は拡散光を照射しますが、効率が低く、経年劣化が進みます。メタルハライドランプとキセノンランプは特殊な用途で使用されますが、あまり普及していません。

光源	寿命	エネルギー効率	Additional Notes
LED製品	最大100,000時間	非常にエネルギー効率が高い	冷却動作、振動に対する感度の低さ、安定した光出力、幅広いスペクトルオプション
ハロゲン	LEDより短い	より多くのエネルギーを消費します	熱を発し、ちらつきやすく、時間の経過とともに強度が失われ、連続スペクトル
蛍光灯	LEDより短い	効率が低く、時間の経過とともに劣化する	拡散光、最小限のグレア、青いスパイクのある離散スペクトル、調光不可

ヒント: LED 照明テクノロジーは、ほとんどのマシンビジョンタスクにおいて、寿命、エネルギー使用量、安定した照明の最適なバランスを実現します。

バーライト、バックライト、リングライト、ドームライト

照明技術は、様々な検査ニーズに合わせて様々な形状で提供されています。主な形状としては、バーライト、バックライト、リングライト、スポットライト、ドームライト、パターンプロジェクターなどがあります。それぞれの形状によって、照明が対象物に届く範囲が変わり、検出性能にも影響を及ぼします。

バーライト: 広範囲を均一に照らす指向性照明です。様々なサイズがあり、2つ並べて設置することで均一な照明が得られます。バーライトは大きな物体やベルトコンベアに適しています。ただし、設置場所によっては影ができたり、照明ムラができたりする場合があります。
バックライト: バックライトは物体の後ろに設置されます。物体を明るい背景に暗い形で浮かび上がらせることで、強いコントラストを生み出します。バックライトはエッジ検出や寸法測定に役立ちます。
リングライトカメラレンズを囲むように設置され、被写体に直接光を照射します。リングライトは明視野照明と暗視野照明の2種類があります。明視野リングライトは平らな面を明るく照らし、暗視野リングライトは浅い角度で傷やへこみを際立たせます。
ドームライト: あらゆる方向から柔らかく均一な光を照射します。ドームライトは曲面や光沢のある面に最適です。グレアや影を軽減しますが、対象物に近づける必要があります。

照明フォームファクター	反射面の説明と効果	表面欠陥検出への影響
明視野フロントライティング	平らな表面から反射された光が集められます。欠陥によりレンズの受光角の外側に光が散乱し、明るい背景では暗く見えます。	明るい背景に欠陥を暗い特徴として表示することでコントラストを強化します。リングライトや LED バーライトに適しています。
暗視野フロントライティング	反射光は収集されず、散乱光のみがキャプチャされるため、暗い背景上で欠陥が明るく表示されます。	非平面の特徴を明るいスポットとして強調します。これは、反射する平面に対して低角度のリングライトを使用することで実現されることが多いです。
明視野バックライト	物体によって遮られたり透過されたりした光。不透明な物体は白い背景に黒いシルエットとして表示されます。	エッジのコントラストを最大化し、寸法測定や貫通穴の検出に役立ちます。拡散バックライトまたはテレセントリック照明を使用します。
暗視野バックライト	散乱した透過光のみが収集され、暗い背景に明るい特徴が表示されます。	透明なサンプルの非平坦な特徴を強調します。サンプルの背後にあるリングライトまたはバーライトを使用して実現します。
ドームライト	均一な多方向照明を提供し、曲線や複雑な形状での反射や影を軽減します。	照明の不均一性と反射を最小限に抑え、複雑な曲面反射面の検査に最適です。
同軸照明	光はビームスプリッターを介して表面に対して垂直に向けられ、反射物体に対してはコリメートできます。	影と鏡面反射を最小限に抑え、反射率の高い表面上の欠陥の視認性を向上させます。
複合照明（ドーム＋リング）	ドームライトとローアングルリングライトを同時に使用して、複雑な形状を均一に照らします。	拡散照明と指向性照明の利点を組み合わせることで、複雑な形状の欠陥を明らかにするのに効果的です。
テレセントリック照明	コリメートされた光とテレセントリックレンズを組み合わせることで、曲面反射物体における不要な反射を軽減します。	境界反射を排除することで、曲面反射部品の測定精度と欠陥検出が向上します。

注：ドームライトは光沢のある表面や曲面の検査に優れており、バーライトは広い範囲を検査する柔軟性に優れています。適切な照明形状は、照明と検出能力を向上させます。

色とスペクトルのオプション

照明の色とスペクトルオプションは、マシンビジョンにおいて重要な役割を果たします。材質によって光の反射や吸収の仕方は異なります。適切な照明色を使用することで、ビジョンシステムは材質を識別し、欠陥検出能力を向上させることができます。

ライトの色	材料差別化における役割	代表的なアプリケーション
白色光	広範囲のスペクトル照明を提供し、完全な可視スペクトル画像をキャプチャすることで一般的な検査と色の区別を可能にします。	一般検査、色判別、表面欠陥検出
赤信号	波長が長くなると散乱と反射が減り、材料を貫通して反射面の検査が改善されます。	反射面の検査、材料の浸透、エッジ検出
ブルーライト	波長が短いほど、特に暗い色や色のついた物体のコントラストと細かいディテールの検出が向上します。	微細欠陥検出、精密検査、暗色または有色物体の検査
緑の光	バランスのとれた波長により、明るい色から中程度の色の素材に対して過度のぎらつきがなく、良好なコントラストと視認性が得られます。	表面検査、一般的な材料分析、色の区別
赤外線（IR）光	可視スペクトル外では、不透明な素材を透過し、光沢のある表面のぎらつきを軽減します。熱検知や暗い場所での作業に役立ちます。	熱検知、低照度検査、光沢のある材料の表面検査
紫外線（UV）光	特定の材料に蛍光を発させ、目に見えないマーク、汚染、または微細な亀裂を明らかにします。	蛍光材料の検査、汚染検出、ひび割れ検出

白色の照明色により、全体的な検査と色の区別が可能になります。
赤い照明色はグレアを軽減し、光沢のある表面のエッジ検出に役立ちます。
青い照明色は、特に暗い物体の細かいディテールを際立たせます。
緑の照明色は、多くの素材に対してバランスのとれたコントラストを提供します。
赤外線照明の色は、熱の検出や光沢のある表面の検査に役立ちます。
紫外線照明の色により、隠れた亀裂や汚染が明らかになります。

カラーカメラはRGBフィルターを用いて照明の色を捉えます。ビジョンシステムはこれらの色を処理し、部品の選別、検証、検査を行います。RGBやHSIなどの色空間は、特徴抽出に役立ち、より正確な検出を可能にします。信頼性の高い結果を得るには、照明と照明色の一貫性が重要です。食品・医薬品検査では、近赤外線およびハイパースペクトル照明技術が、水分、化学欠陥、さらには偽造品の検出に役立ちます。

ヒント: 適切な照明色とスペクトルオプションを選択すると、あらゆるマシンビジョンアプリケーションで材料の区別と欠陥検出が向上します。

照明マシンビジョンシステムの選択

物体と環境要因

適切な照明を備えたマシンビジョンシステムを選択するには、まず対象物とその周囲の環境を理解することから始めます。対象物の表面、色、サイズ、材質はすべて、照明の選択に影響を与えます。例えば、光沢のある表面や曲面にはグレアを避けるために拡散照明が必要ですが、平らな対象物には直射照明が効果的です。対象物と背景の色も重要です。赤、青、白など、適切な照明色を使用することで、特徴を強調し、コントラストを向上させることができます。 RGBライティング色検査やパターン認識に重要です。

オブジェクトプロパティ	照明の考慮	照明タイプの例
表面特性	平面、曲面、光沢のある面、またはマットな面	拡散照明、直接照明、透過照明
色圏	オブジェクトと背景色	赤、白、青の照明
サイズ	オブジェクトの寸法と設置スペース	リングライト、ドームライト、バーライト
材料	物質が光とどのように相互作用するか	照明の色/種類を調整する

照明マシンビジョンシステムの性能には、環境要因も大きな影響を与えます。高温は照明部品に損傷を与え、寿命を縮める可能性があります。LEDを良好な状態で動作させるには、適切な熱管理が必要です。周囲光が強い工場では、グレアや反射によって画質が低下する可能性があります。周囲光抑制（Ambient Light Suppression）などの技術は、照明マシンビジョンシステムが直射日光下でも正常に動作することを可能にします。堅牢な照明と筐体は、埃、湿気、極端な温度から保護し、システムの信頼性を維持します。

ヒント: マシンビジョンの最良の結果を得るには、照明を常にオブジェクトの特徴と検査環境の両方に一致させます。

アプリケーションのニーズ

照明マシンビジョンシステムの設計には、アプリケーションごとに固有のニーズがあります。電子機器の検査では、部品の形状、質感、透過性によって照明の選択が左右されます。バックライトは形状や透明部品の検査に適しており、暗視野照明は表面の欠陥を際立たせます。検査環境によっては、限られたスペースや移動中の装置など、照明の設置場所が制限される場合があります。リングライトは設置が容易で均一な照明が得られるため、使用されることもあります。

正確な色分析と迅速な検査のためには、照明のスペクトル内容がカメラセンサーと一致する必要があります。
ロボットアームやサポート構造などの物理的な制約により、使用できる照明のサイズや種類が制限される場合があります。
高出力ストロボと光学フィルターにより、忙しい工場環境における周囲光の影響を軽減できます。

照明マシンビジョンシステムにおいて、安定性と一貫性は不可欠です。高度な照明コントローラは、変化する状況下でも照明を安定して維持することを容易にします。これらのコントローラは迅速な調整を可能にし、連続モードとストロボモードの両方をサポートし、均一な光を維持します。モジュール設計により、ユーザーは部品を交換し、現場で照明を微調整できるため、時間を節約し、品質管理や表面検査のための高品質な画像を確保できます。

注: 信頼性の高い照明と高度なコントローラーにより、マシンビジョンアプリケーションは厳しい環境でも正確な結果を提供できます。

マシンビジョンアプリケーションのトレンド

スマートで適応性の高い照明

スマートでアダプティブな照明は、現代のマシンビジョンアプリケーションをリードしています。これらのシステムは、センサーとAIを活用して照明をリアルタイムで調整します。物体のサイズ、距離、動きに基づいて、明るさ、色、タイミングを制御できます。この技術により、物体が素早く移動したり位置を変えたりした場合でも、鮮明な画像を維持し、正確な検出が可能になります。

AI-powered 適応型照明システムはパターンを学習し、各タスクに合わせて照明を調整します。
フラットドームライトは均一で影のない照明を提供するため、平面または曲面上の小さな詳細を検出するのに最適です。
調整可能な LED により、システムはさまざまなアプリケーションのニーズに合わせてビームの角度と強度を変更できます。
Bluetooth とアプリベースのコントロールにより、ユーザーは照明パラメータを即座に調整できます。

スマート照明システムはIoTデバイスとも接続できます。この接続によりトレーサビリティが向上し、照明パフォーマンスの監視が容易になります。これらの機能は、マシンビジョンアプリケーションが多様な製品や変化する環境に対応するのに役立ちます。

AI統合

AI 統合により、マシンビジョンにおける照明の最適化が変わります。機械学習アルゴリズムシーンを分析し、照明を調整することで、最高の画質を実現します。これらのシステムは、照明のスペクトル出力をカメラの感度に合わせて調整することで、コントラストと検出性能を向上させます。例えば、赤色LEDとそれに合わせたフィルターを組み合わせることで、見えにくい欠陥を際立たせることができます。

AI は高度なホワイトバランスと露出制御もサポートします。深層学習モデル複雑な環境でも照明を調整し、物体を背景から分離して正確な色彩を保ちます。マルチスペクトルセンサーは従来のカメラよりも多くの情報を取得し、正確な検出と画像処理を可能にします。

AIを活用した照明最適化は、検査精度を向上させ、マシンビジョンアプリケーションの高速化を実現します。産業界が品質管理の向上と検出の迅速化を求める中、AIによる目視検査市場は成長を続けています。

エネルギー効率

マシンビジョン照明において、エネルギー効率は依然として最優先事項です。LEDソリューションはエネルギー消費量を最大75%削減し、コスト削減と持続可能性目標の達成に貢献します。自動照明システムは、センサーを用いて人感や自然光に基づいて照明を調整し、電力消費量と二酸化炭素排出量を削減します。

自動化された建物はエネルギー消費量を最大 30% 削減し、二酸化炭素排出量を削減できます。
近赤外線 LED は従来の電球に比べて消費電力がはるかに少なく、寿命も長くなります。
センサーを効率的な LED に改造すると、電気負荷と CO₂ 排出量が削減されます。

産業界は現在、持続可能な製造業に焦点を当てています。エネルギー効率の高い照明は、企業の環境目標の達成と収益性の向上に役立ちます。マシンビジョンの用途が拡大するにつれ、省エネと持続可能性が照明システムの未来を形作るでしょう。

適切な照明は、あらゆるマシンビジョンプロジェクトの成功を左右します。適切な照明は、画像の鮮明度を向上させ、検査精度を高め、エラーを削減します。主なメリットは次のとおりです。

コントラストが向上し、影が少なくなり、欠陥の検出が向上します。
信頼性の高い自動化をサポートする、安定した一貫した照明。
長寿命の LED 照明によりメンテナンスコストが削減されます。
スマートシステムやアダプティブシステムなどの最新の照明トレンドは、インテグレーターが競争力を維持するのに役立ちます。

照明の選択が遅れたり、色の選択を間違えたりするといったよくあるミスは、多くの場合、遅延や不良な結果につながります。自動車や食品加工などの業界では、高度な照明システムへのアップグレードにより検査の質が向上しています。マシンビジョンチームは、変化するニーズに対応し、高いパフォーマンスを維持するために、柔軟で将来を見据えた照明に重点を置く必要があります。