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機器視覺系統中光源的重要性及選擇應用

返回列表 來源:admin 瀏覽:250 發布日期:2023-04-04【
機器視覺系統中光源的重要性及選擇應用

  機器視覺系統中光源的重要性及選擇應用

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

  1. 照亮目標,提高亮度

  2. 形成有利于圖像處理的效果

  3. 克服環境光干擾,保證圖像穩定性

  4. 用作測量的工具或者參照物

  通過適當的光源照明設計,可以使圖像中的目標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,同時提高系統的定位、測量精度,使系統的可靠性和綜合性能得到提高。

  反之,如果光源設計不當,會導致在圖像處理算法設計和成像系統設計中事倍功半。因此,光源及光學系統設計的成敗是決定視覺系統成敗的首要因素。

  機器視覺應用的照明的zui重要的任務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生zui大的對比度,從而易于特征的區分。

  也就是說光源的對比度對機器視覺來說非常重要。對比度定義為在特征與其周圍的區域之間有足夠的灰度量區別。好的照明應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重要的一個因素,魯棒性就是對環境有一個好的適應。好的光源需要在實際工作中與其在實驗室中的有相同的效果 。

  當選擇兩種光源的時候,zui佳的選擇是選擇更亮的那個。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很中要的技術參數。均勻性好的光源使系統工作穩定。

  選擇一個好的光源,我們還要考慮可維護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,這樣會影響系統的穩定,增加維護的成本 。發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好的光源,我們要考慮以下幾點:

  1. 對比度明顯,目標與背景的邊界清晰

  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,亮度適中,不過度曝光

  給大家介紹幾種機器視覺中常見的光源類型:

  1環型光源

  環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象,突顯成像特征,可結合漫射板使用,使光線更為均勻、柔和擴大散熱面積,提升光源散熱性能。

  應用領域: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;半導體產品外觀字符檢測;產品包裝外觀、標簽檢測;藥丸破損、缺少檢測;球形物體照明;元器件管腳定位。

  2點光源

  大功率LED,體積小,發光強度高;光纖鹵素燈的替代品,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。

  應用領域:用于芯片檢測;Mark點定位;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,通過導光板在低角度對被測物體實現了均勻擴散照射,不同的的工作距離能形成不同的光照環境,可針對不同檢測類型使用。

  應用領域: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,科學散熱設計,部分采用分光鏡設計,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。

  應用領域: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點定位,包裝條碼識別。

  8AOI光源

  通過多色多彩角度照射,凸顯產品表面三維信息;外加漫射板導光,減少反光;不同角度組合;應用領域:用于電路板焊錫檢測。

  9面光源

  高密度LED陣列排布,提供高強度均勻擴散光照射。發光面有效使用面積zui大化,適用于空間緊湊環境使用。安裝方式靈活。

  應用領域:機械零件尺寸測量;電子元件;IC的外形檢測;膠片污點檢測。

  有時候,一個完整的機器視覺系統無法支持工作,僅僅優化一下光源就可以使系統正常工作。

  針對具體的應用,從眾多的方案中選擇一個zui好的照明系統是整個圖像處理系統穩定工作的關鍵。暫時沒有一個通用的照明系統能夠適應各種場合。但由于LED光源多形狀及多顏色等特點,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,然后通過相機觀察圖像

  2.科學分析法(Scientific Analysis-zui有效的)

  分析成像的環境,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所有的問題,特別是要有zui難檢測實際有問題的樣品。

  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。

  分析系統運行的壞境,從客戶那里了解對系統結構及運行的要求,確定相機、光源、被測物的空間結構關系。

  用于直射結構的光源—部分環形光源,同軸光源,圓頂光源

  用于側射結構的光源—部分環形光源,條形光源,線光源,點光源

  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?

  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):

  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,或將鏡頭的光圈減小。

  圖像亮度不均勻?檢查光源放平沒有?

  3.經過分析,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? – 考慮用黑白相機與彩色光源

  環境光的問題? – 嘗試用單色光源,配一個濾鏡

  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)

  組合光源有時也能解決問題

  頻閃能夠產生比常亮照明20倍強的光


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