機(jī)器視覺系統(tǒng)中光源的重要性及選擇應(yīng)用

來源：admin 瀏覽：3983 發(fā)布日期：2023-04-04【大 中 小】

　　機(jī)器視覺系統(tǒng)中光源的重要性及選擇應(yīng)用

　　之前有講到了機(jī)器視覺的視覺成像部分(光源，鏡頭，相機(jī))，說明了光源在其中的重要性。機(jī)器視覺中，光源主要起到以下幾個(gè)作用：

　　1. 照亮目標(biāo)，提高亮度

　　2. 形成有利于圖像處理的效果

　　3. 克服環(huán)境光干擾，保證圖像穩(wěn)定性

　　4. 用作測量的工具或者參照物

　　通過適當(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zui佳分離，可以大大降低圖像處理算法分割、識別的難度，同時(shí)提高系統(tǒng)的定位、測量精度，使系統(tǒng)的可靠性和綜合性能得到提高。

　　反之，如果光源設(shè)計(jì)不當(dāng)，會導(dǎo)致在圖像處理算法設(shè)計(jì)和成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)中事倍功半。因此，光源及光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗是決定視覺系統(tǒng)成敗的首要因素。

　　機(jī)器視覺應(yīng)用的照明的zui重要的任務(wù)就是使需要被觀察的特征與需要被忽略的圖像特征之間產(chǎn)生zui大的對比度，從而易于特征的區(qū)分。

　　也就是說光源的對比度對機(jī)器視覺來說非常重要。對比度定義為在特征與其周圍的區(qū)域之間有足夠的灰度量區(qū)別。好的照明應(yīng)該能夠保證需要檢測的特征突出于其他背景。

　　另外魯棒性也是相當(dāng)重要的一個(gè)因素，魯棒性就是對環(huán)境有一個(gè)好的適應(yīng)。好的光源需要在實(shí)際工作中與其在實(shí)驗(yàn)室中的有相同的效果 。

　　當(dāng)選擇兩種光源的時(shí)候，zui佳的選擇是選擇更亮的那個(gè)。光源的亮度不夠，必然要加大光圈，從而減小了景深 。

　　均勻性也是光源一個(gè)很中要的技術(shù)參數(shù)。均勻性好的光源使系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

　　選擇一個(gè)好的光源，我們還要考慮可維護(hù)性主要指光源易于安裝，易于更換。

　　光源的亮度不易衰減過快，這樣會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定，增加維護(hù)的成本 。發(fā)熱量大的燈亮度衰減快，光源的壽命也會受到很大影響。

　　從上面我們可以得知選擇一個(gè)好的光源，我們要考慮以下幾點(diǎn)：

　　1. 對比度明顯，目標(biāo)與背景的邊界清晰

　　2. 整體亮度均勻，整體不均勻灰度差影響圖像處理

　　3. 背景盡量淡化而且均勻，不干擾圖像處理

　　4. 顏色真實(shí)，亮度適中，不過度曝光

　　給大家介紹幾種機(jī)器視覺中常見的光源類型：

　　1環(huán)型光源

　　環(huán)形光源提供不同照射角度、不同顏色組合直接照射在被測物體上，能突出物體三維信息，可避免對角度照射陰影現(xiàn)象，突顯成像特征，可結(jié)合漫射板使用，使光線更為均勻、柔和擴(kuò)大散熱面積，提升光源散熱性能。

　　應(yīng)用領(lǐng)域:PCB基板檢測;塑膠容器檢測;電子元器件檢測;集成電路字符檢測;半導(dǎo)體產(chǎn)品外觀字符檢測;產(chǎn)品包裝外觀、標(biāo)簽檢測;藥丸破損、缺少檢測;球形物體照明;元器件管腳定位。

　　2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:用于芯片檢測;Mark點(diǎn)定位;晶片及液晶玻璃底基校正;圖像掃描。

　　3方形光源

　　LED照射光可以形成幅面較大的方形視野，通過導(dǎo)光板在低角度對被測物體實(shí)現(xiàn)了均勻擴(kuò)散照射，不同的的工作距離能形成不同的光照環(huán)境，可針對不同檢測類型使用。

　　應(yīng)用領(lǐng)域：表面碰傷、劃傷等缺陷檢測;印刷字符、指紋、圖文識別。

　　5條形光源

　　條形光源采用高強(qiáng)度LED陣列。大面積打光shou選、可自由組合從多角度向物體表面提供照明。

　　應(yīng)用案例：IC元件檢測;焊接檢查;玻璃基原件檢測;連接器檢測;平面瑕疵檢測。

　　6漫反射光源

　　7同軸光源

　　同軸光源良好的光照方向性可以消除物體表面不平整引起的陰影，從而減少干擾，適合高工作距離且圖像特征明顯;高密度LED排列，科學(xué)散熱設(shè)計(jì)，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。針對反光工件表面檢測，能夠凸顯表面檢測。

　　應(yīng)用領(lǐng)域:系列光源zui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，芯片和硅晶片的破損檢測，Mark點(diǎn)定位，包裝條碼識別。

　　8AOI光源

　　通過多色多彩角度照射，凸顯產(chǎn)品表面三維信息;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。

　　9面光源

　　高密度LED陣列排布，提供高強(qiáng)度均勻擴(kuò)散光照射。發(fā)光面有效使用面積zui大化，適用于空間緊湊環(huán)境使用。安裝方式靈活。

　　應(yīng)用領(lǐng)域：機(jī)械零件尺寸測量;電子元件;IC的外形檢測;膠片污點(diǎn)檢測。

　　有時(shí)候，一個(gè)完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)無法支持工作，僅僅優(yōu)化一下光源就可以使系統(tǒng)正常工作。

　　針對具體的應(yīng)用，從眾多的方案中選擇一個(gè)zui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。暫時(shí)沒有一個(gè)通用的照明系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種場合。但由于LED光源多形狀及多顏色等特點(diǎn)，我們還是找到一些選光源的方法。

　　選光源zui基本的方法

　　1.觀察試驗(yàn)法(Look and Experiment-zui常用的)

　　嘗試著用不同類型的光源在不同的位置照射物體，然后通過相機(jī)觀察圖像

　　2.科學(xué)分析法(Scientific Analysis-zui有效的)

　　分析成像的環(huán)境，推薦zui好的解決方法。

　　測試樣品要豐富

　　不同種類的完好樣品要有，有問題的樣品要有。盡可能的讓樣品出現(xiàn)所有的問題，特別是要有zui難檢測實(shí)際有問題的樣品。

　　有多款備用測試光源

　　LED光源常見的幾大類，以及不同的顏色都要有。

　　分析系統(tǒng)運(yùn)行的壞境，從客戶那里了解對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行的要求，確定相機(jī)、光源、被測物的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系。

　　用于直射結(jié)構(gòu)的光源—部分環(huán)形光源，同軸光源，圓頂光源

　　用于側(cè)射結(jié)構(gòu)的光源—部分環(huán)形光源，條形光源，線光源，點(diǎn)光源

　　背部照射—方形背光源，條形背光源

　　物體表面紋理及顏色分析

　　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(qiáng)?

　　曲面檢測宜用圓頂光源，光滑平面宜用同軸光源，粗糙平面宜用明視場光源。

　　物體的透光性怎樣?

　　透光性好的物體可以用IR光源。

　　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?

　　好的光源就是有一個(gè)好的對比度---背景與前景很清楚。

　　前景顏色多變化，宜用彩色光源及白色光源;

　　到這里，我們可以初步選定一款光源開始測試?？赡軙?/p>

　　遇到的問題(與光源有關(guān))：

　　前景亮度不夠 ?前景是什么顏色?建議換與前景顏色相 同的光源測試。

　　整個(gè)圖像亮度不夠?建議將光源靠近物體一些，或者采用頻閃，或者換波

　　長短一些的光源。

　　圖像泛白?建議降低光源亮度，或?qū)㈢R頭的光圈減小。

　　圖像亮度不均勻?檢查光源放平?jīng)]有?

　　3.經(jīng)過分析，如果還是不能確定用什么樣的光源來測試，建議用條形光或低角度環(huán)形光源試試。

　　需要前景與背景更大的對比度? – 考慮用黑白相機(jī)與彩色光源

　　環(huán)境光的問題? – 嘗試用單色光源，配一個(gè)濾鏡

　　閃光曲面? – 嘗試用散射圓頂光

　　閃光，平的，但粗糙的表面? –嘗試用同軸散射光

　　看表面的形狀? –考慮用暗視場(低角度)

　　檢測塑料的時(shí)候 –嘗試用紫外或紅外光

　　需要通過反射的表面看特征? –嘗試用低角度線光源(暗視場)

　　組合光源有時(shí)也能解決問題

　　頻閃能夠產(chǎn)生比常亮照明20倍強(qiáng)的光