光源

機器(qi)視覺(jue)系統(tong)(tong)主要由三部分組成(cheng)：圖(tu)像(xiang)的(de)獲取(qu)、圖(tu)像(xiang)的(de)處(chu)理(li)和分析、輸出或顯示(shi)。而圖(tu)像(xiang)的(de)獲取(qu)是機器(qi)視覺(jue)的(de)核心(xin)，圖(tu)像(xiang)的(de)獲取(qu)系統(tong)(tong)則是由光源(yuan)、鏡(jing)頭、相機三部分組成(cheng)。光源(yuan)的(de)選(xuan)取(qu)與打(da)光合理(li)與否可直(zhi)接影響(xiang)至少30%的(de)成(cheng)像(xiang)質(zhi)量。所(suo)以光源(yuan)是機器(qi)視覺(jue)系統(tong)(tong)中非常重要的(de)一(yi)部分。

作用

通過適(shi)當的(de)光源照明設(she)(she)計，使圖(tu)(tu)像(xiang)中(zhong)的(de)目(mu)標信息與背景(jing)信息得(de)到最(zui)佳(jia)分(fen)離，可(ke)以大(da)大(da)降(jiang)低圖(tu)(tu)像(xiang)處(chu)理算法分(fen)割、識別的(de)難度，同時提(ti)高(gao)系(xi)統的(de)定位(wei)、測量精度，使系(xi)統的(de)可(ke)靠(kao)性和(he)綜合性能得(de)到提(ti)高(gao)。反之，如果(guo)光源設(she)(she)計不當，會導致(zhi)在圖(tu)(tu)像(xiang)處(chu)理算法設(she)(she)計和(he)成(cheng)像(xiang)系(xi)統設(she)(she)計中(zhong)事倍功半。因此，光源及光學系(xi)統設(she)(she)計的(de)成(cheng)敗是決定系(xi)統成(cheng)敗的(de)首(shou)要因素。

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照(zhao)亮(liang)目標，提高目標亮(liang)度；

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突(tu)出(chu)測(ce)量特征，簡化(hua)圖像處理算法；

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克服環境光的干擾，保(bao)證圖像的穩定(ding)性，提高圖像信噪比；

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提高(gao)視覺系(xi)統的定位、測量、識別精度(du)，以(yi)及系(xi)統的運行速度(du)；

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降低系統設計的復雜度，形成(cheng)最有利(li)于圖像處理的成(cheng)像效果；

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分類

1、環形光源

環形(xing)光源提供不同照射(she)角度(du)、不同顏(yan)色組(zu)合，更能突出(chu)物體的三(san)維信(xin)息；高密度(du)LED陣列，高亮度(du)；多(duo)種緊湊(cou)設計，節(jie)省(sheng)安裝空間；解決對角照射(she)陰(yin)影問題；可選配(pei)漫(man)射(she)板導光，光線(xian)均勻擴散。應用領(ling)域:PCB基(ji)板檢(jian)測(ce)，IC元(yuan)件檢(jian)測(ce)，顯微鏡照明，液(ye)晶校(xiao)正，塑膠容器檢(jian)測(ce)，集成電路印字檢(jian)查(cha)

2、背光源

用(yong)高(gao)密度LED陣列(lie)面(mian)提供高(gao)強度背(bei)光(guang)(guang)照明，能突(tu)出物(wu)體的外(wai)形輪廓特征，尤(you)其適合作(zuo)為(wei)顯微鏡的載物(wu)臺。紅白兩(liang)用(yong)背(bei)光(guang)(guang)源、紅藍多用(yong)背(bei)光(guang)(guang)源，能調配出不(bu)同顏色，滿足不(bu)同被測(ce)(ce)物(wu)多色要求。應用(yong)領域:機械零(ling)件尺寸(cun)的測(ce)(ce)量，電子元件、IC的外(wai)型(xing)檢(jian)測(ce)(ce)，膠片污(wu)點(dian)檢(jian)測(ce)(ce)，透(tou)明物(wu)體劃痕(hen)檢(jian)測(ce)(ce)等(deng)。

3、條形光源

條形(xing)光(guang)源是較大方形(xing)結(jie)構(gou)被測物(wu)的首選光(guang)源；顏色可根據需求搭配，自由組(zu)合；照射角(jiao)度與安裝隨(sui)意可調(diao)。應用領域:金屬表(biao)面(mian)檢查，圖像掃(sao)描，表(biao)面(mian)裂縫檢測，LCD面(mian)板(ban)檢測等。

4、同軸光源

同軸光(guang)源可以消除物(wu)體表面不平整引起的(de)(de)(de)陰影(ying)，從而減少干擾；部分采用(yong)分光(guang)鏡設(she)計，減少光(guang)損失，提(ti)高成像清晰度，均勻(yun)照射(she)物(wu)體表面。應(ying)用(yong)領(ling)域:系列光(guang)源最適宜(yi)用(yong)于反射(she)度極高的(de)(de)(de)物(wu)體，如金(jin)屬、玻(bo)璃、膠片、晶片等表面的(de)(de)(de)劃(hua)傷檢測(ce)，芯片和(he)硅晶片的(de)(de)(de)破損檢測(ce)，Mark點定位，包裝(zhuang)條(tiao)碼識別。

5、球積分光源

具有(you)積分(fen)效果的(de)半球(qiu)面(mian)(mian)(mian)內壁，均勻反射從底部(bu)360度發射出的(de)光(guang)線，使整個圖像的(de)照度十分(fen)均勻。應用領域(yu):合于曲面(mian)(mian)(mian)，表面(mian)(mian)(mian)凹凸(tu)，弧形表面(mian)(mian)(mian)檢測，或金屬、玻璃表面(mian)(mian)(mian)反光(guang)較強的(de)物體(ti)表面(mian)(mian)(mian)檢測。

6、線形光源

超(chao)高亮(liang)度，采用(yong)(yong)柱面透鏡聚(ju)光，適(shi)用(yong)(yong)于各種流水線連(lian)續檢測場合。應用(yong)(yong)領域:陣(zhen)相機照明專(zhuan)用(yong)(yong)，AOI專(zhuan)用(yong)(yong)。

7、點光源

大功率LED，體(ti)積小，發光強(qiang)度高；光纖鹵素燈的(de)替代品，尤(you)其適合(he)作為鏡頭(tou)的(de)同軸光源(yuan)等；高效散熱裝(zhuang)置，大大提(ti)高光源(yuan)的(de)使(shi)用(yong)壽命。應用(yong)領(ling)域:適合(he)遠心(xin)鏡頭(tou)使(shi)用(yong)，用(yong)于芯片(pian)檢測，Mark點定位，晶(jing)片(pian)及(ji)液(ye)晶(jing)玻璃底基(ji)校正。

8、組合條形光源

四(si)邊(bian)配(pei)置條形光，每邊(bian)照(zhao)明獨(du)立可控；可根據(ju)被測(ce)物要求調整所需照(zhao)明角度(du)，適用性(xing)廣。應用案例:CB基(ji)板檢測(ce)，IC元件檢測(ce)，焊錫檢查，Mark點(dian)定位(wei)，顯微鏡照(zhao)明，包(bao)裝條碼照(zhao)明，球形物體(ti)照(zhao)明等。

LED光源特點

目(mu)前機器視覺光源主要采用(yong)LED（發光二(er)極(ji)管），由(you)(you)于其形狀自由(you)(you)度(du)高，使(shi)用(yong)壽命長、響應速度(du)快、單色(se)性好、顏色(se)多樣(yang)、綜合性價比高等(deng)特點在行業內廣泛應用(yong)：

? 形狀自由度

一個LED光源(yuan)是由許多單個LED組(zu)合而成(cheng)的(de)(de)，因(yin)而跟其他光源(yuan)相比，可做成(cheng)更(geng)(geng)多的(de)(de)形狀，更(geng)(geng)容易針對用戶的(de)(de)情況，設(she)計光源(yuan)的(de)(de)形狀和尺寸。

? 使用壽命長

為了使(shi)圖像(xiang)處理單元得到精(jing)確的，重復性(xing)好的測量結果(guo)，照明系(xi)統必(bi)須保證相(xiang)當長的時間內能(neng)夠提(ti)供穩定的圖像(xiang)輸入。LED光源在連(lian)續工(gong)作(zuo)(zuo)10,000到30,000小時后，亮度衰減(jian)，但(dan)遠(yuan)比其他(ta)型(xing)式的光源效果(guo)好。此外(wai)，用控制系(xi)統使(shi)其間斷工(gong)作(zuo)(zuo)，可(ke)抑制發(fa)光管(guan)發(fa)熱，壽(shou)命也將(jiang)延長一倍。

? 響應速度快

LED發光(guang)管響(xiang)應時(shi)間很短，響(xiang)應時(shi)間的(de)真(zhen)正意義(yi)是能按要求保證多(duo)個光(guang)源之(zhi)間或一個光(guang)源不同區域之(zhi)間的(de)工作切換(huan)，采(cai)用專(zhuan)用控(kong)制(zhi)器給LED光(guang)源供電時(shi)，達到最(zui)大(da)照度的(de)時(shi)間小(xiao)于10s

? 顏色多樣

除(chu)了光(guang)(guang)源(yuan)的(de)(de)(de)形狀(zhuang)以外，得到穩定圖像(xiang)輸入(ru)的(de)(de)(de)另(ling)一方面就(jiu)是(shi)選(xuan)擇光(guang)(guang)源(yuan)的(de)(de)(de)顏(yan)色(se)(se)。甚至相同形狀(zhuang)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)源(yuan)，由于(yu)顏(yan)色(se)(se)的(de)(de)(de)不(bu)同得到的(de)(de)(de)圖像(xiang)也會有很大(da)的(de)(de)(de)差別(bie)。實際上，如(ru)何利(li)用光(guang)(guang)源(yuan)顏(yan)色(se)(se)的(de)(de)(de)技(ji)術特性得到最佳(jia)對(dui)比度(du)的(de)(de)(de)圖像(xiang)效果(guo)一直是(shi)光(guang)(guang)源(yuan)開發的(de)(de)(de)主(zhu)要方向。

? 綜合性運(yun)營成本(ben)低(di)

選用(yong)低廉而(er)性能沒有保證的(de)(de)產(chan)品，初次投(tou)資(zi)的(de)(de)節省很(hen)快會被日常的(de)(de)維(wei)護、維(wei)修費用(yong)抵消。其他光源(yuan)(yuan)不僅耗(hao)電(dian)是LED光源(yuan)(yuan)的(de)(de)2-10倍，而(er)且幾乎每月就要更換，浪費了維(wei)修工(gong)程(cheng)師許多寶貴的(de)(de)時(shi)間。而(er)且投(tou)入使用(yong)的(de)(de)光源(yuan)(yuan)越(yue)多，在(zai)器件(jian)更換和人工(gong)方(fang)面的(de)(de)花費就越(yue)大，因此選用(yong)壽命長的(de)(de)LED光源(yuan)(yuan)從長遠(yuan)看(kan)是很(hen)經(jing)濟的(de)(de)。

如何選擇

?  環境要求分析

1、從客戶那(nei)里了解對系統結(jie)構及運行的要求，確定(ding)工業(ye)相機(ji)、光(guang)源、被測(ce)物的空間(jian)結(jie)構關系。

確定的(de)參數有：視場(FOV),工作距離(WD)；

2、空(kong)間結構有: 直射(she)，側射(she)，背部照射(she)；

直射結構的光(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)—部分環(huan)形(xing)光(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)，同軸光(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)，圓頂光(guang)源(yuan)(yuan)(yuan)；

側射結構的光(guang)(guang)源(yuan)—部分環(huan)形光(guang)(guang)源(yuan)，條(tiao)形光(guang)(guang)源(yuan)，線光(guang)(guang)源(yuan)，點光(guang)(guang)源(yuan)；

背(bei)部照射—方(fang)形背(bei)光(guang)源(yuan)，條形背(bei)光(guang)源(yuan)。

?  物體表面(mian)紋理及顏色分析

1、物體表面是曲面還是平面？物體表面是否光滑？反光是否很強？
曲面檢測宜(yi)(yi)用圓頂光(guang)(guang)源(yuan)，光(guang)(guang)滑平(ping)面宜(yi)(yi)用同軸光(guang)(guang)源(yuan)，粗糙平(ping)面宜(yi)(yi)用明視(shi)場光(guang)(guang)源(yuan)。

2、物體的透光性怎樣？
透光(guang)性好(hao)的物體可以(yi)用IR光(guang)源。

3、分清背景(我們不需要檢測的)是什么顏色，前景(我們要檢測的)是什么顏色？
好(hao)的光(guang)源就(jiu)是有一(yi)個好(hao)的對比度－－-背景與(yu)前景很清楚。

4、前景顏色多變化
宜用彩色(se)光源及白色(se)光源；

?  選(xuan)擇總結

1、需要前景與背景更大的對比度?–考慮用黑白相機與彩色光源
2、環境光的問題?–嘗試用單色光源，配一個濾鏡
3、閃光曲面?–嘗試用散射圓頂光
4、閃光，平的，但粗糙的表面?–嘗試用同軸散射光
5、看表面的形狀?–考慮用暗視場(低角度)
6、檢測塑料的時候–嘗試用紫外或紅外光
7、需要通過反射的表面看特征?–嘗試用低角度線光源(暗視場)
8、組合光源有時也能解決問題
9、頻閃能夠產生比常亮(liang)照(zhao)明(ming)20倍強的(de)光

如何打光

?  一般目(mu)的的照明：

通用(yong)(yong)(yong)照(zhao)明一般采用(yong)(yong)(yong)環狀或點(dian)狀照(zhao)明。環燈(deng)是一種(zhong)常用(yong)(yong)(yong)的(de)通用(yong)(yong)(yong)照(zhao)明方式，其(qi)很容易安裝(zhuang)在鏡(jing)頭上，可(ke)給漫(man)反射表面提供足夠的(de)照(zhao)明。

?  背光照明：

背(bei)光(guang)照明(ming)是(shi)將光(guang)源放置在相對于(yu)攝(she)像頭(tou)的(de)(de)物體(ti)的(de)(de)背(bei)面(mian)。這種照明(ming)方式與(yu)別的(de)(de)照明(ming)方式有很大不(bu)同因為圖像分析的(de)(de)不(bu)是(shi)發(fa)水光(guang)而是(shi)入射光(guang)。背(bei)光(guang)照明(ming)產生(sheng)了很強的(de)(de)對比度。應用(yong)背(bei)光(guang)技術時候，物體(ti)表面(mian)特征(zheng)可能會丟(diu)失。例如，可以應用(yong)背(bei)光(guang)技術測量硬(ying)幣的(de)(de)直徑，但是(shi)卻無法判(pan)斷硬(ying)幣的(de)(de)正反面(mian)。

?  同軸照明：

同(tong)軸(zhou)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)是(shi)與攝像(xiang)頭的(de)(de)軸(zhou)向有(you)相同(tong)的(de)(de)方(fang)向的(de)(de)光(guang)照(zhao)(zhao)射(she)(she)到(dao)物體的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)。同(tong)軸(zhou)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)使用一種(zhong)特殊的(de)(de)半(ban)反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)鏡(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)光(guang)源到(dao)攝像(xiang)頭的(de)(de)透鏡(jing)(jing)(jing)軸(zhou)方(fang)向。半(ban)反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)鏡(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)只讓從物體表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)垂(chui)直于透鏡(jing)(jing)(jing)的(de)(de)光(guang)源通過。同(tong)軸(zhou)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)技(ji)術對(dui)于實現扁(bian)平(ping)物體且有(you)鏡(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)特征的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)均(jun)勻(yun)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)很有(you)用。此(ci)(ci)外(wai)此(ci)(ci)技(ji)術還可以實現使表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)角度變化部分高亮，因為不垂(chui)直于攝像(xiang)頭鏡(jing)(jing)(jing)頭的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)的(de)(de)光(guang)不會進入鏡(jing)(jing)(jing)頭，從而造成表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)較暗(an)。連續(xu)(xu)漫(man)(man)反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)：連續(xu)(xu)漫(man)(man)反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)應用于物體表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)性(xing)或(huo)者表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)有(you)復雜的(de)(de)角度。連續(xu)(xu)漫(man)(man)反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)應用半(ban)球形的(de)(de)均(jun)勻(yun)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)，以減小影子及鏡(jing)(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)。這種(zhong)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)方(fang)式對(dui)于完全組裝的(de)(de)電路板照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)非(fei)常有(you)用。這種(zhong)光(guang)源可以達到(dao)170立體角范圍的(de)(de)均(jun)勻(yun)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)。

?  暗(an)域照明：

暗(an)域(yu)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)是相(xiang)對(dui)于物(wu)體表面(mian)提(ti)供低角(jiao)度照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)。使用(yong)相(xiang)機拍攝鏡(jing)子使其在(zai)其視(shi)野內，如果在(zai)視(shi)野內能看(kan)見光(guang)源(yuan)就認為使亮域(yu)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)，相(xiang)反的(de)在(zai)視(shi)野中看(kan)不到光(guang)源(yuan)就是暗(an)域(yu)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)。因此(ci)光(guang)源(yuan)是亮域(yu)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)還是暗(an)域(yu)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)與光(guang)源(yuan)的(de)位置有(you)關。典(dian)型(xing)的(de)，暗(an)域(yu)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)應(ying)用(yong)于對(dui)表面(mian)部分有(you)突起的(de)部分的(de)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)或表面(mian)紋理(li)變化的(de)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)。

?  結構光(guang)：

結構(gou)光(guang)(guang)是(shi)一種(zhong)投影(ying)在物體表面(mian)的(de)有一定幾(ji)何形(xing)狀的(de)光(guang)(guang)（如(ru)線形(xing)、圓(yuan)形(xing)、正方形(xing)）。典型的(de)結構(gou)光(guang)(guang)涉及激光(guang)(guang)或光(guang)(guang)纖。結構(gou)光(guang)(guang)可(ke)以用來(lai)測(ce)量相(xiang)機到光(guang)(guang)源(yuan)的(de)距(ju)離。多軸照(zhao)明：在許多應用中，為了使視野下不(bu)(bu)同的(de)特征表現不(bu)(bu)同的(de)對比度，需要多重照(zhao)明技術(shu)。