自動(dòng)化集成系統(tǒng)配套服務(wù)商-日弘智能今天為大家講講機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)LED照明技術(shù)有哪幾種?選擇光源的一些技巧。目前，應(yīng)用在機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域的LED光源可以分為2大類(lèi)：一類(lèi)是正面照明，一類(lèi)是背面照明。

　　正面照明用于檢測(cè)物體表面特征，背面照明用于檢測(cè)物體輪廓或透明物體的純凈度。

　　正面光源按照光源結(jié)構(gòu)分，有環(huán)形燈、條形燈、同軸燈和方形燈。

　　1 環(huán)形LED光源

　　環(huán)形狀的光源是不會(huì)看到影子的光源方式。它又包括直射環(huán)形、漫反射環(huán)、Dome燈等;按照角度又可分為：完全直射環(huán)形、帶角度環(huán)形、低角度環(huán)形等。直射環(huán)形適合高速檢測(cè)遠(yuǎn)距離照射;漫反射環(huán)形適合檢測(cè)反光物體檢測(cè);Dome燈即圓頂型散射光源主要用于檢測(cè)球型或曲面物體檢測(cè)，它不是直接照射，而是通過(guò)多次漫反射照到被測(cè)物體，光照效果類(lèi)似陰天的太陽(yáng)光。

　　環(huán)形光源，采用LED按圓周排列，發(fā)出的光線(xiàn)向內(nèi)匯聚，多用于金屬工件刻印字符、光滑表面劃痕、瓶口尺寸或裂紋、平面工件表面質(zhì)量等的檢測(cè)。光源發(fā)出的光不直接進(jìn)入相機(jī)，瑕疵等表面的變化引起光線(xiàn)改變方向進(jìn)行鏡頭，從而實(shí)現(xiàn)了高對(duì)比度，一般黑背景均用此類(lèi)光源實(shí)現(xiàn)。光源的尺寸和光線(xiàn)角度等選擇直接依賴(lài)于被測(cè)工件的光學(xué)性質(zhì)。

　　1.1 直射環(huán)形光源

　　直接照射環(huán)形光源，按照射角度分，有直射環(huán)形(垂直照射)，帶角度環(huán)形，低角度環(huán)形和水平照射環(huán)形等。不同的角度適合不同的檢測(cè)要求。

　　1.1.1 直射環(huán)形(垂直照射)光源

　　例如，采用該照明方式，可用于金屬齒輪的外形檢測(cè)。

　　1.1.2 帶角度環(huán)形光源

　　1.1.3 低角度環(huán)形光源

　　照射角度很低，有利于突出邊緣輪廓。多應(yīng)用場(chǎng)合于晶片或玻璃底基上的劃痕監(jiān)測(cè);刻印文字的讀取;工作邊緣輪廓抽取檢查等。圖11為低角度環(huán)形光源的照明方式。例如，采用該照明方式，可實(shí)現(xiàn)電池底部刻印的檢測(cè)。

　　1.1.4 水平照射環(huán)形光源

　　圖12為水平照射環(huán)形光源的照明方式。該照明方式可用于玻璃瓶口破損的檢測(cè)。

　　1.1.5 無(wú)影環(huán)形光源

　　又稱(chēng)為Dome燈，通過(guò)半球形的內(nèi)壁多次反射，可以完全消除陰影，實(shí)現(xiàn)全空間區(qū)域的漫射光照明，對(duì)于凹凸不平的表面檢測(cè)起到特殊作用，主要用于球形或曲面物體缺陷檢測(cè)、金屬、鏡面或玻璃等具有光澤物體的表面檢測(cè)。

　　圖13為無(wú)影環(huán)形光源的照明方式。

　　1.2 條形光源

　　條形光源主要有兩個(gè)應(yīng)用，一個(gè)是寬幅檢測(cè)，2個(gè)或4個(gè)條形組合使用;另一個(gè)是線(xiàn)掃描的照明。

　　將條形光源組合使用，它的最大特點(diǎn)是每個(gè)方向的光源照射角度可調(diào)，因?yàn)楣庠吹恼丈浣嵌葘?duì)最終的圖像效果有很大影響。靈活性比較大，但調(diào)試時(shí)也相對(duì)費(fèi)事一些。圖14為寬幅檢測(cè)條形光源的照明方式。例如，該照明方式可用于商品的印字檢測(cè)。

　　線(xiàn)掃描照明，也稱(chēng)聚光光源，是配合線(xiàn)掃描相機(jī)使用的。線(xiàn)掃描相機(jī)每次都是采集一條線(xiàn)，且曝光時(shí)間短，對(duì)光源亮度要求很高。對(duì)光源和相機(jī)來(lái)說(shuō)，有效的工作區(qū)域都是一個(gè)窄條。也就是保證光源照在這個(gè)最亮的窄條與相機(jī)芯片要完全平行，否則只能拍到相交叉的一個(gè)亮點(diǎn)。所以線(xiàn)光源有兩個(gè)特別的要求，就是均勻性和直線(xiàn)性。因?yàn)榫€(xiàn)光源不同位置的亮暗差異，會(huì)直接影響圖像的亮度高低。光源需要采用聚光鏡，使光線(xiàn)集中照到一條線(xiàn)上，這樣才能準(zhǔn)確控制圖像的穩(wěn)定性。出光部分的直線(xiàn)性，取決于LED發(fā)光角度的一致性、聚光透鏡的直線(xiàn)性以及線(xiàn)光源外殼的直線(xiàn)性。圖15為線(xiàn)掃描條形光源的照明方式。

　　線(xiàn)掃描照明，常用的有幾種辦法：超高亮LED+聚光鏡、光纖+聚光鏡、高頻熒光燈+聚光鏡。其中第二種方案亮度特高，成本也較高，需要定期更換鹵素?zé)襞?第三種方案成本低，但要使用高頻電源。

　　1.3 同軸光源

　　同軸照明是指照明光線(xiàn)平行地穿越固定式同軸鏡頭的垂直面，對(duì)于觀察非常平整或拋光的表面是非常理想的，例如鏡子表面的劃痕或者其他瑕疵。

　　圖16為同軸光源的照明方式。LED的高亮度均勻的光線(xiàn)通過(guò)半透半反鏡后成為與鏡頭同軸的光線(xiàn)，用于均勻照射具有反射性的工作界面，對(duì)光潔表面上的異常特征成像突出，表現(xiàn)力好，主要用于金屬玻璃等光潔表面的劃痕檢測(cè)，芯片和硅片的破損檢測(cè)，PC模板的圓譜等的檢測(cè)。同時(shí)，同軸光的光源位于照明光路的側(cè)面，這樣的照射方式可以減少光路的復(fù)雜性，避免光源的放置給光路帶來(lái)的不必要的麻煩。例如，軸承外側(cè)傷痕檢測(cè)。

　　同軸光源屬于類(lèi)平行光的應(yīng)用，光源前面帶漫反射板，形成二次光源，光源主要方向趨于平行，但是有少量非平行光成分。

　　但是需要注意的是：同軸燈可以消除反光，但只適合檢測(cè)平面的物體，而不適合檢測(cè)有弧度的物體。因?yàn)橥S燈讓相機(jī)只能接收與物體垂直，也就是和鏡頭同軸的光線(xiàn)，所以就叫同軸燈。

　　同軸光源還有一種，就是點(diǎn)光源。因?yàn)辄c(diǎn)光源是和同軸鏡頭配合使用。事實(shí)上，只是把上面同軸燈45°半透半反的玻璃，移植到鏡頭里面去，所以選的是同軸鏡頭。點(diǎn)光源的發(fā)光部分為一個(gè)很小的圓面，近似一個(gè)點(diǎn)?？山M合使用重點(diǎn)照明或補(bǔ)光照明。例如，用于細(xì)小元件的外觀檢測(cè)，是否有裂縫、破損，或者電極位置。

　　1.4 背光源

　　背光的作用就是讓透光和不透光的部分，區(qū)分開(kāi)來(lái)：透光的地方呈白色，不透光呈黑色。這樣取得一個(gè)黑白對(duì)比的圖片。選擇光源一個(gè)是選型，一般需要均勻性好;二是看穿透力，如果需要穿透力強(qiáng)的話(huà)就可以選紅外光源，因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)長(zhǎng)，穿透力更強(qiáng)。

　　LED燈用于背面照明(檢測(cè)物體輪廓或通明物體的純凈度)，其發(fā)光部分為一漫射面，均勻性好，用于觀察放在鏡頭和光源之間的被檢查對(duì)象的形狀，透明物體的傷痕，異物混入等的檢查?？梢缘玫綄?duì)比強(qiáng)、穩(wěn)定的成像。但是安裝時(shí)，需要比物體更大的光源發(fā)光面，在物體的后方設(shè)置光源空間等。

　　1.5 機(jī)器視覺(jué)LED光源顏色選型

　　光源一般有紅、綠、藍(lán)、白、紅外和紫色等顏色。

　　紅色用得最多，因?yàn)榧t色LED成本低，并且黑白CCD芯片對(duì)660nm紅色光線(xiàn)最敏感。

　　藍(lán)色波長(zhǎng)短，適合檢測(cè)金屬物體表面質(zhì)量。

　　紫外的波長(zhǎng)更短，其散射性更好。

　　白色是中性顏色，適合拍彩色圖片，或者被測(cè)物體的顏色在變化的。

　　綠色的亮度很高，且波長(zhǎng)和藍(lán)色接近，所以有時(shí)可用綠色代替藍(lán)色。

　　紅外用于半透明等的物體檢測(cè)。

　　使用相同顏色的光或相近顏色的光源照射可以使被照射部分變亮;使用相反顏色的光或相反顏色的光源照射可以使被照射部分變暗。

　　不同的波長(zhǎng)，對(duì)物質(zhì)的穿透力(穿透率)不同，波長(zhǎng)越短，對(duì)物體的穿透力愈強(qiáng)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，對(duì)物質(zhì)表面的擴(kuò)散率愈大。

　　1.6 LED照明方式的選擇

　　一般情況下，在選擇光源時(shí)需要考慮五個(gè)技術(shù)方面的因素：方向、光譜、偏振性、強(qiáng)度、均勻性。

　　然后根據(jù)了解的相關(guān)前提信息，包括：

　?、贆z測(cè)內(nèi)容，如外觀檢查、尺寸測(cè)量、定位等;

　　②被測(cè)物的形態(tài)、顏色、材料、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等;

　?、巯鄳?yīng)的限制條件，如工作距離、工作條件、工作環(huán)境和相機(jī)類(lèi)型等，選擇出合適的光源類(lèi)型。

　　最后再根據(jù)預(yù)算、使用習(xí)慣、品牌知名度等對(duì)不同品牌的相同或類(lèi)似類(lèi)型產(chǎn)品進(jìn)行比較選擇。

　　在選擇光源時(shí)，都習(xí)慣性的有一個(gè)假設(shè)前提：這個(gè)光源是穩(wěn)定可靠的。因?yàn)楣庠?、相機(jī)、鏡頭此類(lèi)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)前端的產(chǎn)品通常是在接近理想的清潔或者良好的環(huán)境中使用的。但是，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)上的光源等產(chǎn)品經(jīng)常必須在有毒、高溫、強(qiáng)濕、骯臟的環(huán)境中運(yùn)行，并且必須要承受振動(dòng)和熱應(yīng)力，因此，工業(yè)用途中使用的光源等產(chǎn)品需要在設(shè)計(jì)、選料、生產(chǎn)的時(shí)候就考慮到特殊的使用環(huán)境并使其產(chǎn)品能使用這種環(huán)境的應(yīng)用。

　　選擇光源的一些技巧：

　?、佼?dāng)需要前景與背景更大的對(duì)比度時(shí)，可以考慮用黑白相機(jī)與彩色光源;

　?、趯?duì)于環(huán)境光的問(wèn)題，可以嘗試用單色光源，再搭配一個(gè)濾鏡;

　　③對(duì)于閃光的曲面物體，可以用散射圓頂光源;

　?、軐?duì)于閃光的平的物體，但是粗糙的表面，可以用同軸散射光源;

　　⑤如果檢測(cè)物體表面的形狀，可以用低角度光源;

　?、迿z測(cè)塑料的時(shí)候，可以用紫外或紅外光源;

　?、弋?dāng)需要通過(guò)反射的表面看特征時(shí)，可以用低角度線(xiàn)光源;

　?、喈?dāng)單個(gè)光源不能有效解決問(wèn)題時(shí)可以用組合光源。

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