機(jī)器視覺環(huán)形光源是什么

本文目錄一覽：

• 1、什么是機(jī)器視覺？有人能解釋一下嗎？
• 2、工業(yè)機(jī)器人的視覺系統(tǒng)怎么和控制器連接
• 3、機(jī)器視覺環(huán)形低角度光源和環(huán)形光源可以代替嗎
• 4、機(jī)器視覺系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分是什么？
• 5、機(jī)器視覺光源的選擇
• 6、機(jī)器視覺光源

什么是機(jī)器視覺？有人能解釋一下嗎？

機(jī)器視覺，就是用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過(guò)機(jī)器視覺產(chǎn)品(即圖像攝取裝置，分 CMOS 和CCD

兩種)將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào);圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。

日弘智能視覺系統(tǒng)組成部分：

1.照明光源2.鏡頭3.工業(yè)攝像機(jī)4.圖像采集/處理卡5.圖像處理系統(tǒng)6.其它外部設(shè)備

一、相機(jī)篇

工業(yè)相機(jī)又俗稱攝像機(jī)，相比于傳統(tǒng)的民用相機(jī)(攝像機(jī))而言，它具有高的圖像穩(wěn)定性、高傳輸能力和高抗干擾能力等，目前市面上工業(yè)相機(jī)大多是基于CCD(Charge

Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)芯片的相機(jī)。

其中，CCD是目前機(jī)器視覺最為常用的圖像傳感器。它集光電轉(zhuǎn)換及電荷存貯、電荷轉(zhuǎn)移、信號(hào)讀取于一體，是典型的固體成像器件。

CCD的突出特點(diǎn)是以電荷作為信號(hào)，而不同于其它器件是以電流或者電壓為信號(hào)。這類成像器件通過(guò)光電轉(zhuǎn)換形成電荷包，而后在驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下轉(zhuǎn)移、放大輸出圖像信號(hào)。

典型的CCD相機(jī)由光學(xué)鏡頭、時(shí)序及同步信號(hào)發(fā)生器、垂直驅(qū)動(dòng)器、模擬/數(shù)字信號(hào)處理電路組成。CCD作為一種功能器件，與真空管相比，具有無(wú)灼傷、無(wú)滯后、低電壓工作、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。

CMOS圖像傳感器的開發(fā)則最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70 年代初，90 年代初期，隨著超大規(guī)模集成電路 (VLSI)

制造工藝技術(shù)的發(fā)展，CMOS圖像傳感器得到迅速發(fā)展。

CMOS圖像傳感器將光敏元陣列、圖像信號(hào)放大器、信號(hào)讀取電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、圖像信號(hào)處理器及控制器集成在一塊芯片上，還具有局部像素的編程隨機(jī)訪問(wèn)的優(yōu)點(diǎn)。

目前，CMOS圖像傳感器以其良好的集成性、低功耗、高速傳輸和寬動(dòng)態(tài)范圍等特點(diǎn)在高分辨率和高速場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。

分類：

任何東西一定有它自己的分類標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)相機(jī)也不例外。

按照芯片類型可以分為CCD相機(jī)、CMOS相機(jī);

按照傳感器的結(jié)構(gòu)特性可以分為線陣相機(jī)、面陣相機(jī);

按照掃描方式可以分為隔行掃描相機(jī)、逐行掃描相機(jī);

按照分辨率大小可以分為普通分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī);

按照輸出信號(hào)方式可以分為模擬相機(jī)、數(shù)字相機(jī);

按照輸出色彩可以分為單色(黑白)相機(jī)、彩色相機(jī);

按照輸出信號(hào)速度可以分為普通速度相機(jī)、高速相機(jī);

按照響應(yīng)頻率范圍可以分為可見光(普通)相機(jī)、紅外相機(jī)、紫外相機(jī)等。

區(qū)別：

1、性能穩(wěn)定可靠易于安裝，相機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)實(shí)不易損壞，連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，可在較差的環(huán)境下使用，一般的數(shù)碼相機(jī)是做不到這些的。例如：讓民用數(shù)碼相機(jī)一天工作24小時(shí)或連續(xù)工作幾天肯定會(huì)受不了的。

2、快門時(shí)間非常短，可以抓拍高速運(yùn)動(dòng)的物體。例如，把名片貼在電風(fēng)扇扇葉上，以最大速度旋轉(zhuǎn)，設(shè)置合適的快門時(shí)間，用工業(yè)相機(jī)抓拍一張圖像，仍能夠清晰辨別名片上的字體。用普通的相機(jī)來(lái)抓拍，是不可能達(dá)到同樣效果的。

3、圖像傳感器是逐行掃描的，而普通的相機(jī)的圖像傳感器是隔行掃描的，

逐行掃描的圖像傳感器生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，成品率低，出貨量少，世界上只有少數(shù)公司能夠提供這類產(chǎn)品，例如Dalsa、Sony，而且價(jià)格昂貴。

4、幀率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通相機(jī)。工業(yè)相機(jī)每秒可以拍攝十幅到幾百幅圖片，而普通相機(jī)只能拍攝2-3幅圖像，相差較大。

5、輸出是裸數(shù)據(jù)(raw data)，其光譜范圍也往往比較寬，比較適合進(jìn)行高質(zhì)量的圖像處理算法，例如機(jī)器視覺(Machine

Vision)應(yīng)用。而普通相機(jī)拍攝的圖片，其光譜范圍只適合人眼視覺，并且經(jīng)過(guò)了mjpeg壓縮，圖像質(zhì)量較差，不利于分析處理。

6、相對(duì)普通相機(jī)(DSC)來(lái)說(shuō)價(jià)格較貴。

如何選擇：

1、根據(jù)應(yīng)用的不同分別選用CCD或CMOS相機(jī)CCD工業(yè)相機(jī)主要應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)物體的圖像提取，如貼片機(jī)機(jī)器視覺，當(dāng)然隨著CMOS技術(shù)的發(fā)展，許多貼片機(jī)也在選用CMOS工業(yè)相機(jī)。用在視覺自動(dòng)檢查的方案或行業(yè)中一般用CCD工業(yè)相機(jī)比較多。CMOS工業(yè)相機(jī)由成本低，功耗低也應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

2、分辨率的選擇首先考慮待觀察或待測(cè)量物體的精度，根據(jù)精度選擇分辨率。相機(jī)像素精度=單方向視野范圍大小/相機(jī)單方向分辨率。則相機(jī)單方向分辨率=單方向視野范圍大小/理論精度。若單視野為5mm長(zhǎng)，理論精度為0.02mm，則單方向分辨率=5/0.02=250。然而為增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，不會(huì)只用一個(gè)像素單位對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)量/觀察精度值，一般可以選擇倍數(shù)4或更高。這樣該相機(jī)需求單方向分辨率為1000，選用130萬(wàn)像素已經(jīng)足夠。

其次看工業(yè)相機(jī)的輸出，若是體式觀察或機(jī)器軟件分析識(shí)別

，分辨率高是有幫助的;若是VGA輸出或USB輸出，在顯示器上觀察，則還依賴于顯示器的分辨率，工業(yè)相機(jī)的分辨率再高，顯示器分辨率不夠，也是沒(méi)有意義的;利用存儲(chǔ)卡或拍照功能，工業(yè)相機(jī)的分辨率高也是有幫助的。

3、與鏡頭的匹配傳感器芯片尺寸需要小于或等于鏡頭尺寸，C或CS安裝座也要匹配(或者增加轉(zhuǎn)接口)。

4、相機(jī)幀數(shù)選擇當(dāng)被測(cè)物體有運(yùn)動(dòng)要求時(shí)，要選擇幀數(shù)高的工業(yè)相機(jī)。但一般來(lái)說(shuō)分辨率越高，幀數(shù)越低。

二、鏡頭篇

鏡頭的基本功能就是實(shí)現(xiàn)光束變換(調(diào)制)，在機(jī)器視覺系統(tǒng)中，鏡頭的主要作用是將成像目標(biāo)在圖像傳感器的光敏面上。鏡頭的質(zhì)量直影響到機(jī)器視覺系統(tǒng)的整體性能，合理地選擇和安裝鏡頭，是機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。

基礎(chǔ)知識(shí)：

1、鏡頭匹配

大家如何選擇合適鏡頭，鏡頭選配時(shí)需要選擇與攝像機(jī)接口和CCD的尺寸相匹配的鏡頭。鏡頭C和CS的接口方式占主流。小型的安防用的CS接口攝像機(jī)得到普及、FA行業(yè)則大部分是C接口的攝像機(jī)與鏡頭的組合。對(duì)應(yīng)的CCD尺寸、市場(chǎng)上一般根據(jù)用途使用2/3寸到1/3寸的產(chǎn)品。

2、互換性

C接口鏡頭可以與C接口攝像機(jī)、CS接口攝像機(jī)互用;CS接口鏡頭不可以應(yīng)用在C接口攝像機(jī)，只可以應(yīng)用在CS接口攝像機(jī)。

3、KERARE

攝像機(jī)如果使用配備小CCD尺寸的鏡頭，那么周邊沒(méi)有攝取到圖像的部分呈現(xiàn)出黑色，我們稱其為KERARE。

4、鏡頭的作用：

將折射率不同的各種硝材通過(guò)研磨，加工成高精度的曲面、把這些鏡頭進(jìn)行組合，就是設(shè)計(jì)鏡頭。從伽利略時(shí)代開始使用的普遍技術(shù)是其基本原理。為得到更清晰的圖像，一直在研究開發(fā)試制新的硝材和非球面鏡片。

三、光源篇

LED光源、鹵素?zé)?光纖光源)、高頻熒光燈。目前LED光源最常用，主要有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

可制成各種形狀、尺寸及各種照射角度;

可根據(jù)需要制成各種顏色，并可以隨時(shí)調(diào)節(jié)亮度;

通過(guò)散熱裝置，散熱效果更好，光亮度更穩(wěn)定;

使用壽命長(zhǎng);

反應(yīng)快捷，可在10微秒或更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大亮度;

電源帶有外觸發(fā)，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，起動(dòng)速度快，可以用作頻閃燈;

運(yùn)行成本低、壽命長(zhǎng)的LED，會(huì)在綜合成本和性能方面體現(xiàn)出更大的優(yōu)勢(shì);

可根據(jù)客戶的需要，進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

LED光源按形狀通?？煞譃橐韵聨最悾?/p>

1、環(huán)形光源環(huán)形光源提供不同照射角度、不同顏色組合，更能突出物體的三維信息;高密度LED陣列，高亮度;多種緊湊設(shè)計(jì)，節(jié)省安裝空間;解決對(duì)角照射陰影問(wèn)題;可選配漫射板導(dǎo)光，光線均勻擴(kuò)散。應(yīng)用領(lǐng)域:PCB基板檢測(cè)，IC元件檢測(cè)，顯微鏡照明，液晶校正，塑膠容器檢測(cè)，集成電路印字檢查。

2、背光源用高密度LED陣列面提供高強(qiáng)度背光照明，能突出物體。的外形輪廓特征，尤其適合作為顯微鏡的載物臺(tái)。紅白兩用背光源、紅藍(lán)多用背光源，能調(diào)配出不同顏色，滿足不同被測(cè)物多色要求。應(yīng)用領(lǐng)域:機(jī)械零件尺寸的測(cè)量，電子元件、IC的外型檢測(cè)，膠片污點(diǎn)檢測(cè)，透明物體劃痕檢測(cè)等。

3、條形光源條形光源是較大方形結(jié)構(gòu)被測(cè)物的首選光源;顏色可根據(jù)需求搭配，自由組合;照射角度與安裝隨意可調(diào)。應(yīng)用領(lǐng)域:金屬表面檢查，圖像掃描，表面裂縫檢測(cè)，LCD面板檢測(cè)等。

4、同軸光源同軸光源可以消除物體表面不平整引起的陰影，從而減少干擾;部分采用分光鏡設(shè)計(jì)，減少光損失，提高成像清晰度，均勻照射物體表面。應(yīng)用領(lǐng)域:系列光源最適宜用于反射度極高的物體，如金屬、玻璃、膠片、晶片等表面的劃傷檢測(cè)，芯片和硅晶片的破損檢測(cè)，Mark點(diǎn)定位，包裝條碼識(shí)別。

5、AOI專用光源不同角度的三色光照明，照射凸顯焊錫三維信息;外加漫射板導(dǎo)光，減少反光;不同角度組合;應(yīng)用領(lǐng)域:用于電路板焊錫檢測(cè)。

6、球積分光源具有積分效果的半球面內(nèi)壁，均勻反射從底部360度發(fā)射出的光線，使整個(gè)圖像的照度十分均勻。應(yīng)用領(lǐng)域:合于曲面，表面凹凸，弧形表面檢測(cè)，或金屬、玻璃表面反光較強(qiáng)的物體表面檢測(cè)。

7、線形光源超高亮度，采用柱面透鏡聚光，適用于各種流水線連續(xù)檢測(cè)場(chǎng)合。應(yīng)用領(lǐng)域:陣相機(jī)照明專用，AOI專用。

8、點(diǎn)光源大功率LED，體積小，發(fā)光強(qiáng)度高;光纖鹵素?zé)舻奶娲?，尤其適合作為鏡頭的同軸光源等;高效散熱裝置，大大提高光源的使用壽命。應(yīng)用領(lǐng)域:適合遠(yuǎn)心鏡頭使用，用于芯片檢測(cè)，Mark點(diǎn)定位，晶片及液晶玻璃底基校正。

9、組合條形光源四邊配置條形光，每邊照明獨(dú)立可控;可根據(jù)被測(cè)物要求調(diào)整所需照明角度，適用性廣。應(yīng)用案例:CB基板檢測(cè)，IC元件檢測(cè)，焊錫檢查，Mark點(diǎn)定位，顯微鏡照明，包裝條碼照明，球形物體照明等。

10、對(duì)位光源對(duì)位速度快;視場(chǎng)大;精度高;體積小，便于檢測(cè)集成;亮度高，可選配輔助環(huán)形光源。應(yīng)用領(lǐng)域:VA系列光源是全自動(dòng)電路板印刷機(jī)對(duì)位的專用光源。

四、光源的選型

1、前提信息

(1)檢測(cè)內(nèi)容外觀檢查、OCR、尺寸測(cè)定、定位

(2)對(duì)象物

想看什么?(異物、傷痕、缺損、標(biāo)識(shí)、形狀等)

表面狀態(tài)(鏡面、糙面、曲面、平面)

立體?平面?

材質(zhì)、表面顏色

視野范圍?

動(dòng)態(tài)還是靜態(tài)(相機(jī)快門速度)

(3)限制條件

工作距離(鏡頭下端到被測(cè)物表面距離)

設(shè)置條件(照明的大小、照明下端到被測(cè)物表面的距離、反射型or透射型)

周圍環(huán)境(溫度、外亂光)

相機(jī)的種類，面陣or線陣

2、簡(jiǎn)單的預(yù)備知識(shí)：

(1).因材質(zhì)和厚度不同、對(duì)光的透過(guò)特性(透明度)各異。(2).光根拠其波長(zhǎng)之長(zhǎng)短、對(duì)物質(zhì)的穿透能力(穿透率)各異。(3).光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)、對(duì)物質(zhì)的透過(guò)力越強(qiáng)，光的波長(zhǎng)越短、在物質(zhì)表面的拡散率越大。(4).透射照明、即是使光線透射對(duì)象物、并觀察其透過(guò)光之照明手法。

3、光源：

穩(wěn)定均勻的光源極其重要

目的：將被測(cè)物與背景盡量明顕區(qū)分

攝取圖像時(shí)、最重要之處是如何鮮明地獲得：被測(cè)物與背景的濃淡差

目前、在圖像處理領(lǐng)域中最廣范的技術(shù)手法是：二值化(白黒)處理為了能夠突出特征點(diǎn)，將特征圖像突出出來(lái)，在打光手法上，常用的包括有明視野與暗視野。

明視野：用直射光來(lái)觀察對(duì)象物整體(散亂光呈黒色)

暗視野：用散亂光來(lái)觀察對(duì)象物整體(直射光呈白色)具體的光源選取方法還在于試驗(yàn)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

工業(yè)機(jī)器人的視覺系統(tǒng)怎么和控制器連接

工業(yè)機(jī)器人與PLC之間的通訊傳輸有“I/O”連接和通訊線連接

兩種，下面以最常用的機(jī)器人與PLC之間使用“I/O”連接的方式介紹其控制方法?！疚⑿牌脚_(tái)，溝通無(wú)限】

機(jī)器視覺光源按形狀通常可分為以下幾類: 1、環(huán)形光源 環(huán)形光源提供不同照射角度、不同顏色組合，更能突出物體的三維信息；高密度LED陣列，高亮度；多種緊湊設(shè)計(jì)，節(jié)省安裝空間；解決對(duì)角照射陰影問(wèn)題；可選配漫射板導(dǎo)光，光線均勻擴(kuò)散。應(yīng)用領(lǐng)域 2、背光源 用高密度LED陣列面提供高強(qiáng)度背光照明，能突出物體的外形輪廓特征，尤其適合作為顯微鏡的載物臺(tái)。紅白兩用背光源、紅藍(lán)多用背光源，能調(diào)配出不同顏色，滿足不同被測(cè)物多色要求。

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機(jī)器視覺環(huán)形低角度光源和環(huán)形光源可以代替嗎

不能，低角度光源和普通環(huán)形光成像效果完全不同，內(nèi)部led角度也相差很大，不能互相代替

機(jī)器視覺系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分是什么？

機(jī)器視覺系統(tǒng)的5大關(guān)鍵部分：

1. 機(jī)器視覺光源

光源作為機(jī)器視覺系統(tǒng)中輸入的重要部件，它的好壞直接影響著輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。由于沒(méi)有通用的機(jī)器視覺光源設(shè)備，所以針對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用實(shí)例，需要選擇相應(yīng)的視覺光源，以達(dá)到最佳效果。常見的光源有：LED環(huán)形光源、低角度光源、背光源、條形光源、同軸光源、冷光源、點(diǎn)光源、線型光源、平行光源等。

2. 工業(yè)鏡頭

鏡頭在機(jī)器視覺系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)光束調(diào)制，并完成信號(hào)傳遞，而鏡頭類型則包括：標(biāo)準(zhǔn)、遠(yuǎn)心、廣角、近攝和遠(yuǎn)攝等，選擇依據(jù)一般是根據(jù)相機(jī)接口、拍攝物距、拍攝范圍、CCD尺寸、畸變?cè)试S范圍、放大率、焦距和光圈等。

3. 工業(yè)相機(jī)

工業(yè)相機(jī)在機(jī)器視覺系統(tǒng)中最本質(zhì)功能就是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，與普通相機(jī)相比，它具有更高的傳輸力、抗干擾力以及穩(wěn)定的成像能力。按照不同標(biāo)準(zhǔn)可有多種分類：按輸出信號(hào)方式，可分為模擬工業(yè)相機(jī)和數(shù)字工業(yè)相機(jī)；按芯片類型不同，可分CCD工業(yè)相機(jī)和CMOS工業(yè)相機(jī)，這種分類方式最為常見。

4. 圖像采集卡

圖像采集卡雖然只是完整機(jī)器視覺系統(tǒng)的一個(gè)部件，但它同樣非常重要，直接決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數(shù)字等。比較典型的有PCI采集卡、1394采集卡、VGA采集卡和GigE千兆網(wǎng)采集卡。這些采集卡中有的內(nèi)置多路開關(guān)，可以連接多個(gè)攝像機(jī)，同時(shí)抓拍多路信息。

5. 機(jī)器視覺軟件

機(jī)器視覺軟件是機(jī)器視覺系統(tǒng)中自動(dòng)化處理的關(guān)鍵部件，根據(jù)具體應(yīng)用需求，對(duì)軟件包進(jìn)行二次開發(fā)，可自動(dòng)完成對(duì)圖像采集、顯示、存儲(chǔ)和處理。在選購(gòu)機(jī)器視覺軟件時(shí)，一定要注意開發(fā)硬件環(huán)境、開發(fā)操作系統(tǒng)、開發(fā)語(yǔ)言等，確保軟件運(yùn)行穩(wěn)定，方便二次開發(fā)。

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機(jī)器視覺光源的選擇

機(jī)器視覺光源的選擇

機(jī)器視覺光源的選擇，現(xiàn)代生活中日常照明離不開燈光，房屋裝修更是對(duì)光源的要求比較高，光源大體分為冷光和暖光，不同光源視覺感都不同，下面一起來(lái)了解一下，機(jī)器視覺光源的選擇。

機(jī)器視覺光源的選擇1

機(jī)器視覺光源

機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)采用CCD照相機(jī)將被檢測(cè)的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)，圖像處理系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，如面積、數(shù)量、位置、長(zhǎng)度，再根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度和其他條件輸出結(jié)果，包括尺寸、角度、個(gè)數(shù)、合格不合格、有無(wú)等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別功能。

機(jī)器視覺光源的選擇

一、簡(jiǎn)單的預(yù)備知識(shí)

1、因材質(zhì)和厚度不同、對(duì)光的透過(guò)特性（透明度）各異。

2、光根據(jù)其波長(zhǎng)之長(zhǎng)短、對(duì)物質(zhì)的穿透能力（穿透率）各異。

3、光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)、對(duì)物質(zhì)的透過(guò)力越強(qiáng)，光的波長(zhǎng)越短、在物質(zhì)表面的擴(kuò)散率越大。

4、透射照明、即是使光線透射對(duì)象物、并觀察其透過(guò)光之照明手法。

二、光源

1、穏定均勻的光源極其重要。

2、目的：將被測(cè)物與背景盡量明顕區(qū)分。

3、摂取圖像時(shí)、最重要之處是如何鮮明地獲得：被測(cè)物與背景的濃淡差。

4、目前，在圖像處理領(lǐng)域中最広范的技術(shù)手法是：二值化（白黒）處理。

以上就是我針對(duì)機(jī)器視覺光源的選擇這一科技的發(fā)明闡述的資料了，隨著科技的發(fā)達(dá)每天都有很多新鮮的東西問(wèn)世，無(wú)論是那一方面的機(jī)器還是新鮮事物都是隨著人們的需求而發(fā)展的。像褪殼機(jī)一類的就是褪花生跟瓜子發(fā)明的，都是省力又省時(shí)間的偉大發(fā)明呢。

機(jī)器視覺光源的選擇2

一套完整的視覺檢測(cè)系統(tǒng)主要包含圖像采集部分和圖像分析部分，而圖像采集部分主要由工業(yè)相機(jī)、工業(yè)鏡頭以及機(jī)器視覺光源承擔(dān)，今天我們主要介紹機(jī)器視覺光源的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)及選型技巧。

首先我們需要了解，機(jī)器視覺中的光源起到哪些作用：

1.照亮目標(biāo)，提高亮度；

2.形成有利于圖像處理的成像效果，降低系統(tǒng)的復(fù)雜性和對(duì)圖像處理算法的要求；

3.克服環(huán)境光干擾，保證圖像穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的精度、效率。

恰當(dāng)?shù)墓庠凑彰髟O(shè)計(jì)可以使圖像中的目標(biāo)信息與背景信息得到最佳分離，這樣不僅大大降低圖像處理的算法難度，同時(shí)也提高系統(tǒng)的精度和可靠性。但非常遺憾，目前沒(méi)有通用的機(jī)器視覺照明系統(tǒng)應(yīng)對(duì)不同的檢測(cè)要求，因此針對(duì)每個(gè)特定的案例，都需要設(shè)計(jì)合適的照明裝置，以達(dá)到最佳效果。而不合適的照明，則會(huì)引起很多問(wèn)題，機(jī)器視覺光源如此重要，卻往往被很多人忽視。

目前機(jī)器視覺光源主要采用LED（發(fā)光二極管），由于其形狀自由度高、使用壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快、單色性好、顏色多樣、綜合性價(jià)比高等特點(diǎn)在行業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用：

一、形狀自由度

一個(gè)LED光源是由許多單個(gè)LED組合而成的，因而跟其他光源相比，可做成更多的形狀，更容易針對(duì)用戶的情況，設(shè)計(jì)光源的形狀和尺寸。

二、使用壽命長(zhǎng)

為了使圖像處理單元得到精確的、重復(fù)性好的測(cè)量結(jié)果，照明系統(tǒng)必須保證相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)能夠提供穩(wěn)定的圖像輸入。LED光源在連續(xù)工作10000到30000小時(shí)后，亮度衰減，但遠(yuǎn)比其他光源效果好。此外，用控制系統(tǒng)使其間斷工作，可抑制發(fā)光管發(fā)熱，壽命也將延長(zhǎng)一倍。

三、響應(yīng)速度快

LED發(fā)光管響應(yīng)時(shí)間很短，響應(yīng)時(shí)間的真正意義是能按要求保證多個(gè)光源或一個(gè)光源不同區(qū)域之間的工作切換，采用專用控制器給LED光源供電時(shí)，達(dá)到最大照度的時(shí)間小于10s。

四、顏色多樣

除了光源的形狀以外，得到穩(wěn)定圖像輸入的另一方面就是選擇光源的顏色。甚至相同形狀的光源，由于顏色的不同得到的圖像也會(huì)有很大的差別。實(shí)際上，如何利用光源顏色的技術(shù)特性得到最佳對(duì)比度的圖像效果一直是光源開發(fā)的主要方向。

五、綜合性運(yùn)營(yíng)成本低

選用低廉而性能沒(méi)有保證的產(chǎn)品，初次投資的節(jié)省很快會(huì)被日常的維護(hù)、維修費(fèi)用抵消。其他光源不僅耗電是LED光源的2~10倍，而且?guī)缀趺吭戮鸵鼡Q，浪費(fèi)了維修工程師許多寶貴的時(shí)間。而且投入使用的光源越多，在器件更換和人工方面的花費(fèi)就越大，因此選用壽命長(zhǎng)的LED光源從長(zhǎng)遠(yuǎn)看是很經(jīng)濟(jì)的'。

機(jī)器視覺照明技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)：

1）照射方式

選擇不同的光源，控制和調(diào)節(jié)照射到物體上的入射光的方向是機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最基本的參數(shù)。它取決于光源的類型和相對(duì)于物體放置的位置，一般來(lái)說(shuō)有兩種最基本的方式：直射光和漫射光，所有其它的方式都是從這兩種方法中延伸出來(lái)的。

直射光：入射光基本上來(lái)自一個(gè)方向，射角小，它能投射出物體陰影；

漫射光：入射光來(lái)自多個(gè)方向，甚至于所有的方向，它不會(huì)投射出明顯的陰影。

2）反射方式

物體反射光線有兩種不同的反射特性：直反射和漫反射。

直反射：光線的反射角等于入射角。直反射有時(shí)用途很大，有時(shí)又可能產(chǎn)生極強(qiáng)的眩耀。在大多數(shù)情況應(yīng)避免鏡面反射。

漫反散：照射到物體上的光從各個(gè)方向漫散出去。在大多數(shù)實(shí)際情況下，漫散光在某個(gè)角度范圍內(nèi)形成，并取決于入射光的角度。

3）顏色

光譜中很大的一部分電磁波譜是人眼可見的，在這個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁輻射被稱作可見光，范圍在400nm至760nm之間（有的人可以觀測(cè)到380~780nm），即從紫色380nm到紅色780nm。

色環(huán)就是把可見光光譜中的色彩進(jìn)行排序，形成紅色連接到另一端的紫色。機(jī)器視覺中應(yīng)用的色環(huán)通常包括6種不同的顏色，分為兩大類：暖色和冷色。暖色由紅色調(diào)構(gòu)成，冷色來(lái)自于藍(lán)色調(diào)。通常用相反色溫的光線照射，圖像可以達(dá)到最高級(jí)別的對(duì)比度；相同色溫的光線照射，可以有效濾除。因此靈活利用色溫特性，對(duì)我們選擇光源很有幫助。

4）明視場(chǎng)和暗視場(chǎng)

明視場(chǎng)是最常用的照明方案，采用正面直射光照射形成。而暗視場(chǎng)主要由低角度或背光照明形成。對(duì)于不同項(xiàng)目檢測(cè)需求，選擇不同類型的照明方式，一般來(lái)說(shuō)暗視場(chǎng)會(huì)使背景呈現(xiàn)黑暗，而被檢物體則呈現(xiàn)明亮。

5）光源分類

目前主要有以下幾種分類方式：

a）顏色

常用光源顏色集中在可見光范圍，主要有白光（復(fù)合光）、紅色、藍(lán)色、綠色，另外紅外光也比較普及，而紫外光由于各種原因，應(yīng)用較少。

b）外形

各廠家會(huì)根據(jù)不同光源外形特性進(jìn)行分類，也是目前的主流分類，比如環(huán)形光源、環(huán)形低角度光源、條形光源、圓頂光源（碗光源/穹頂光源）、面光源等。

c）工作原理/特性

按不同的應(yīng)用方式或者原理進(jìn)行分類，主要有無(wú)影光源、同軸光源、點(diǎn)光源、線光源、背光源、組合光源以及結(jié)構(gòu)光源等。

常見的光源類型及照明方式

1.一般目的的照明（直接照明）：光直接射向物體，得到清楚的影像。

當(dāng)我們需要得到高對(duì)比度物體圖像的時(shí)候，這種類型的光很有效。但是當(dāng)我們用它照在光亮或反射的材料上時(shí)，會(huì)引起類似鏡面的反光。通用照明一般采用環(huán)狀或點(diǎn)狀照明。環(huán)光是一種常用的通用照明方式，很容易安裝在鏡頭，可給漫反射表面提供足夠的照明。

2.暗場(chǎng)照明：暗場(chǎng)照明是相對(duì)于物體表面提供低角度照明。

使用工業(yè)相機(jī)拍攝鏡子，如果視野內(nèi)能看見光源就認(rèn)為是亮場(chǎng)照明，相反的在視野中看不到光源就是暗場(chǎng)照明。因此光源是亮場(chǎng)照明還是暗場(chǎng)照明與光源的位置有關(guān)。通常，暗場(chǎng)照明應(yīng)用于對(duì)表面突起部分的照明或表面紋理變化的照明。

3.背光照明：從物體背面射過(guò)來(lái)均勻視場(chǎng)的光，通過(guò)相機(jī)可以看到物面的側(cè)面輪廓。

背光照明常用于測(cè)量物體的尺寸和方向。背光照明產(chǎn)生很強(qiáng)的對(duì)比度。應(yīng)用背光技術(shù)時(shí)，物體表面特征可能會(huì)丟失。例如，可以應(yīng)用背光技術(shù)測(cè)量硬幣的直徑，但是卻無(wú)法判斷硬幣的正反面。

4.漫射照明：連續(xù)漫反射照明應(yīng)用于物體表面的反射性或者表面有復(fù)雜的角度。

連續(xù)漫反射照明應(yīng)用半球形的均勻照明，以減小影子及鏡面反射。這種照明方式對(duì)于完全組裝的電路板照明非常有用。這種光源可以達(dá)到170球面度立體角范圍的均勻照明。

5.同軸照明：同軸光的形成——通過(guò)垂直墻壁出來(lái)的發(fā)散光，射到一個(gè)使光向下的分光鏡上，相機(jī)從上面通過(guò)分光鏡看物體。

這種類型的光源對(duì)檢測(cè)高反射的物體特別有幫助，還適合在周圍環(huán)境產(chǎn)生陰影的影響下，檢測(cè)面積不明顯的物體。

6.偏振片：只允許振動(dòng)方向平行于其允許方向的光通過(guò)，垂直分量被截止。

針對(duì)具體的應(yīng)用，從眾多的方案中選擇一個(gè)最好的照明系統(tǒng)是整個(gè)圖像處理系統(tǒng)穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。

機(jī)器視覺光源

可以了解下51camera自主研發(fā)的機(jī)器視覺光源

ZQA-3000W?為51camera自主研發(fā)，專為復(fù)雜環(huán)境下視覺照明使用的光源。具有照射范圍大，亮度高，亮度穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。在高速頻閃的工作模式下可以精準(zhǔn)控制點(diǎn)亮?xí)r刻及點(diǎn)亮?xí)r間；可以在高速、遠(yuǎn)距離、大范圍、危險(xiǎn)環(huán)境、高溫、光線干擾等各種環(huán)境下為視覺系統(tǒng)提供可靠的照明。

ZQA-3000W?選用超高品質(zhì)材料，瞬間亮度超高、穩(wěn)定性好。在指定大小區(qū)域內(nèi)，可以達(dá)到?1000000Lux?以上瞬間亮度。產(chǎn)品可無(wú)衰減點(diǎn)亮?10^8?次以上。

ZQA-3000W?采用獨(dú)有技術(shù)，可瞬間增量至普通光源的十倍以上。?驅(qū)動(dòng)電路為自主研發(fā)電路，點(diǎn)亮?xí)r間可做?us?級(jí)調(diào)節(jié)，可提供反接保護(hù)，過(guò)載保護(hù)等。

應(yīng)用場(chǎng)景

公路智能交通

軌道交通

隧道檢測(cè)

大型工件定位及檢測(cè)

機(jī)器人抓取

安全與監(jiān)控

醫(yī)藥生產(chǎn)

化學(xué)生產(chǎn)

高溫狀態(tài)下物體檢測(cè)

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