机器视觉系统中光源的重要性及选择应用

来源：admin 浏览：3673 发布日期：2023-04-04【大 中 小】

　　机器视觉系统中光源的重要性及选择应用

　　之前有讲到了机器视觉的视觉成像部分(光源，镜头，相机)，说明了光源在其中的重要性。机器视觉中，光源主要起到以下几个作用：

　　1. 照亮目标，提高亮度

　　2. 形成有利于图像处理的效果

　　3. 克服环境光干扰，保证图像稳定性

　　4. 用作测量的工具或者参照物

　　通过适当的光源照明设计，可以使图像中的目标信息与背景信息得到zui佳分离，可以大大降低图像处理算法分割、识别的难度，同时提高系统的定位、测量精度，使系统的可靠性和综合性能得到提高。

　　反之，如果光源设计不当，会导致在图像处理算法设计和成像系统设计中事倍功半。因此，光源及光学系统设计的成败是决定视觉系统成败的首要因素。

　　机器视觉应用的照明的zui重要的任务就是使需要被观察的特征与需要被忽略的图像特征之间产生zui大的对比度，从而易于特征的区分。

　　也就是说光源的对比度对机器视觉来说非常重要。对比度定义为在特征与其周围的区域之间有足够的灰度量区别。好的照明应该能够保证需要检测的特征突出于其他背景。

　　另外鲁棒性也是相当重要的一个因素，鲁棒性就是对环境有一个好的适应。好的光源需要在实际工作中与其在实验室中的有相同的效果 。

　　当选择两种光源的时候，zui佳的选择是选择更亮的那个。光源的亮度不够，必然要加大光圈，从而减小了景深 。

　　均匀性也是光源一个很中要的技术参数。均匀性好的光源使系统工作稳定。

　　选择一个好的光源，我们还要考虑可维护性主要指光源易于安装，易于更换。

　　光源的亮度不易衰减过快，这样会影响系统的稳定，增加维护的成本 。发热量大的灯亮度衰减快，光源的寿命也会受到很大影响。

　　从上面我们可以得知选择一个好的光源，我们要考虑以下几点：

　　1. 对比度明显，目标与背景的边界清晰

　　2. 整体亮度均匀，整体不均匀灰度差影响图像处理

　　3. 背景尽量淡化而且均匀，不干扰图像处理

　　4. 颜色真实，亮度适中，不过度曝光

　　给大家介绍几种机器视觉中常见的光源类型：

　　1环型光源

　　环形光源提供不同照射角度、不同颜色组合直接照射在被测物体上，能突出物体三维信息，可避免对角度照射阴影现象，突显成像特征，可结合漫射板使用，使光线更为均匀、柔和扩大散热面积，提升光源散热性能。

　　应用领域:PCB基板检测;塑胶容器检测;电子元器件检测;集成电路字符检测;半导体产品外观字符检测;产品包装外观、标签检测;药丸破损、缺少检测;球形物体照明;元器件管脚定位。

　　2点光源

　　大功率LED，体积小，发光强度高;光纤卤素灯的替代品，尤其适合作为镜头的同轴光源等;高效散热装置，大大提高光源的使用寿命。

　　应用领域:用于芯片检测;Mark点定位;晶片及液晶玻璃底基校正;图像扫描。

　　3方形光源

　　LED照射光可以形成幅面较大的方形视野，通过导光板在低角度对被测物体实现了均匀扩散照射，不同的的工作距离能形成不同的光照环境，可针对不同检测类型使用。

　　应用领域：表面碰伤、划伤等缺陷检测;印刷字符、指纹、图文识别。

　　5条形光源

　　条形光源采用高强度LED阵列。大面积打光shou选、可自由组合从多角度向物体表面提供照明。

　　应用案例：IC元件检测;焊接检查;玻璃基原件检测;连接器检测;平面瑕疵检测。

　　6漫反射光源

　　7同轴光源

　　同轴光源良好的光照方向性可以消除物体表面不平整引起的阴影，从而减少干扰，适合高工作距离且图像特征明显;高密度LED排列，科学散热设计，部分采用分光镜设计，减少光损失，提高成像清晰度，均匀照射物体表面。针对反光工件表面检测，能够凸显表面检测。

　　应用领域:系列光源zui适宜用于反射度极高的物体，如金属、玻璃、胶片、晶片等表面的划伤检测，芯片和硅晶片的破损检测，Mark点定位，包装条码识别。

　　8AOI光源

　　通过多色多彩角度照射，凸显产品表面三维信息;外加漫射板导光，减少反光;不同角度组合;应用领域:用于电路板焊锡检测。

　　9面光源

　　高密度LED阵列排布，提供高强度均匀扩散光照射。发光面有效使用面积zui大化，适用于空间紧凑环境使用。安装方式灵活。

　　应用领域：机械零件尺寸测量;电子元件;IC的外形检测;胶片污点检测。

　　有时候，一个完整的机器视觉系统无法支持工作，仅仅优化一下光源就可以使系统正常工作。

　　针对具体的应用，从众多的方案中选择一个zui好的照明系统是整个图像处理系统稳定工作的关键。暂时没有一个通用的照明系统能够适应各种场合。但由于LED光源多形状及多颜色等特点，我们还是找到一些选光源的方法。

　　选光源zui基本的方法

　　1.观察试验法(Look and Experiment-zui常用的)

　　尝试着用不同类型的光源在不同的位置照射物体，然后通过相机观察图像

　　2.科学分析法(Scientific Analysis-zui有效的)

　　分析成像的环境，推荐zui好的解决方法。

　　测试样品要丰富

　　不同种类的完好样品要有，有问题的样品要有。尽可能的让样品出现所有的问题，特别是要有zui难检测实际有问题的样品。

　　有多款备用测试光源

　　LED光源常见的几大类，以及不同的颜色都要有。

　　分析系统运行的坏境，从客户那里了解对系统结构及运行的要求，确定相机、光源、被测物的空间结构关系。

　　用于直射结构的光源—部分环形光源，同轴光源，圆顶光源

　　用于侧射结构的光源—部分环形光源，条形光源，线光源，点光源

　　背部照射—方形背光源，条形背光源

　　物体表面纹理及颜色分析

　　物体表面是曲面还是平面?物体表面是否光滑?反光是否很强?

　　曲面检测宜用圆顶光源，光滑平面宜用同轴光源，粗糙平面宜用明视场光源。

　　物体的透光性怎样?

　　透光性好的物体可以用IR光源。

　　分清背景(我们不需要检测的)是什么颜色，前景(我们要检测的)是什么颜色?

　　好的光源就是有一个好的对比度---背景与前景很清楚。

　　前景颜色多变化，宜用彩色光源及白色光源;

　　到这里，我们可以初步选定一款光源开始测试。可能会

　　遇到的问题(与光源有关)：

　　前景亮度不够 ?前景是什么颜色?建议换与前景颜色相 同的光源测试。

　　整个图像亮度不够?建议将光源靠近物体一些，或者采用频闪，或者换波

　　长短一些的光源。

　　图像泛白?建议降低光源亮度，或将镜头的光圈减小。

　　图像亮度不均匀?检查光源放平没有?

　　3.经过分析，如果还是不能确定用什么样的光源来测试，建议用条形光或低角度环形光源试试。

　　需要前景与背景更大的对比度? – 考虑用黑白相机与彩色光源

　　环境光的问题? – 尝试用单色光源，配一个滤镜

　　闪光曲面? – 尝试用散射圆顶光

　　闪光，平的，但粗糙的表面? –尝试用同轴散射光

　　看表面的形状? –考虑用暗视场(低角度)

　　检测塑料的时候 –尝试用紫外或红外光

　　需要通过反射的表面看特征? –尝试用低角度线光源(暗视场)

　　组合光源有时也能解决问题

　　频闪能够产生比常亮照明20倍强的光