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視覺光源基礎介紹與選型技巧

返回列表 來源:admin 瀏覽:516 發布日期:2023-04-04【
視覺光源基礎介紹與選型技巧


  一套完整的視覺檢測系統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相機、工業鏡頭以及機器視覺光源承擔,今天我們主要介紹機器視覺光源的相關基礎知識及選型技巧。

  首先我們需要了解,機器視覺中的光源起到哪些作用:

  1. 照亮目標,提高亮度;

  2. 形成有利于圖像處理的成像效果,降低系統的復雜性和對圖像處理算法的要求;

  3. 克服環境光干擾,保證圖像穩定性,提高系統的精度、效率。

  恰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,這樣不僅大大降低圖像處理的算法難度,同時也提高系統的精度和可靠性。但非常遺憾,目前沒有通用的機器視覺照明系統應對不同的檢測要求,因此針對每個特定的案例,都需要設計合適的照明裝置,以達到zui佳效果。而不合適的照明,則會引起很多問題,機器視覺光源如此重要,卻往往被很多人忽視。

  目前機器視覺光源主要采用LED(發光二極管),由于其形狀自由度高、使用壽命長、響應速度快、單色性好、顏色多樣、綜合性價比高等特點在行業內廣泛應用:

  一、形狀自由度

  一個LED光源是由許多單個LED組合而成的,因而跟其他光源相比,可做成更多的形狀,更容易針對用戶的情況,設計光源的形狀和尺寸。

  二、使用壽命長

  為了使圖像處理單元得到精確的、重復性好的測量結果,照明系統必須保證相當長的時間內能夠提供穩定的圖像輸入。LED光源在連續工作10000到30000小時后,亮度衰減,但遠比其他光源效果好。此外,用控制系統使其間斷工作,可抑制發光管發熱,壽命也將延長一倍。

  三、響應速度快

  LED發光管響應時間很短,響應時間的真正意義是能按要求保證多個光源或一個光源不同區域之間的工作切換,采用專用控制器給LED光源供電時,達到zui大照度的時間小于10s。

  四、顏色多樣

  除了光源的形狀以外,得到穩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有很大的差別。實際上,如何利用光源顏色的技術特性得到zui佳對比度的圖像效果一直是光源開發的主要方向。

  五、綜合性運營成本低

  選用低廉而性能沒有保證的產品,初次投資的節省很快會被日常的維護、維修費用抵消。其他光源不僅耗電是LED光源的2~10倍,而且幾乎每月就要更換,浪費了維修工程師許多寶貴的時間。而且投入使用的光源越多,在器件更換和人工方面的花費就越大,因此選用壽命長的LED光源從長遠看是很經濟的。

  機器視覺照明技術基礎知識:

  1)照射方式

  選擇不同的光源,控制和調節照射到物體上的入射光的方向是機器視覺系統設計的基本的參數。它取決于光源的類型和相對于物體放置的位置,一般來說有兩種基本的方式: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的。

  

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  直射光:入射光基本上來自一個方向,射角小,它能投射出物體陰影;

  漫射光:入射光來自多個方向,甚至于所有的方向,它不會投射出明顯的陰影。

  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。

  

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  直反射:光線的反射角等于入射角。直反射有時用途很大,有時又可能產生極強的眩耀。在大多數情況應避免鏡面反射。

  漫反散:照射到物體上的光從各個方向漫散出去。在大多數實際情況下,漫散光在某個角度范圍內形成,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,在這個波長范圍內的電磁輻射被稱作可見光,范圍在400nm至760nm之間(有的人可以觀測到380~780nm),即從紫色380nm到紅色780nm。

  

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  色環就是把可見光光譜中的色彩進行排序,形成紅色連接到另一端的紫色。機器視覺中應用的色環通常包括6種不同的顏色,分為兩大類:暖色和冷色。暖色由紅色調構成,冷色來自于藍色調。通常用相反色溫的光線照射,圖像可以達到gao級別的對比度;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,對我們選擇光源很有幫助。

  

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  4)明視場和暗視場

  明視場是常用的照明方案,采用正面直射光照射形成。而暗視場主要由低角度或背光照明形成。對于不同項目檢測需求,選擇不同類型的照明方式,一般來說暗視場會使背景呈現黑暗,而被檢物體則呈現明亮。

  

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  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(復合光)、紅色、藍色、綠色,另外紅外光也比較普及,而紫外光由于各種原因,應用較少。

  b)外形

  各廠家會根據不同光源外形特性進行分類,也是目前的主流分類,比如環形光源、環形低角度光源、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

  按不同的應用方式或者原理進行分類,主要有無影光源、同軸光源、點光源、線光源、背光源、組合光源以及結構光源等。

  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。

  

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  當我們需要得到高對比度物體圖像的時候,這種類型的光很有效。但是當我們用它照在光亮或反射的材料上時,會引起類似鏡面的反光。通用照明一般采用環狀或點狀照明。環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. 暗場照明:暗場照明是相對于物體表面提供低角度照明。

  

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  使用工業相機拍攝鏡子,如果視野內能看見光源就認為是亮場照明,相反的在視野中看不到光源就是暗場照明。因此光源是亮場照明還是暗場照明與光源的位置有關。通常,暗場照明應用于對表面突起部分的照明或表面紋理變化的照明。

  3. 背光照明:從物體背面射過來均勻視場的光,通過相機可以看到物面的側面輪廓。

  

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  背光照明常用于測量物體的尺寸和方向。背光照明產生很強的對比度。應用背光技術時,物體表面特征可能會丟失。例如,可以應用背光技術測量硬幣的直徑,但是卻無法判斷硬幣的正反面。

  4. 漫射照明:連續漫反射照明應用于物體表面的反射性或者表面有復雜的角度。

  連續漫反射照明應用半球形的均勻照明,以減小影子及鏡面反射。這種照明方式對于完全組裝的電路板照明非常有用。這種光源可以達到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——通過垂直墻壁出來的發散光,射到一個使光向下的分光鏡上,相機從上面通過分光鏡看物體。

  

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  這種類型的光源對檢測高反射的物體特別有幫助,還適合在周圍環境產生陰影的影響下,檢測面積不明顯的物體。

  6. 偏振片:只允許振動方向平行于其允許方向的光通過,垂直分量被截止。

  

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  針對具體的應用,從眾多的方案中選擇一個好的照明系統是整個圖像處理系統穩定工作的關鍵。

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