智能制造網(wǎng)
技術(shù)文章
隆基儀器內(nèi)部--- 機器視覺系統(tǒng)光源的選擇
閱讀：508 發(fā)布時間：2012-6-15
隆基儀器內(nèi)部--- 機器視覺系統(tǒng)光源的選擇
一、機器視覺光源的種類
光源是影響機器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，因為它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和至少３０％的應(yīng)用效果。由于沒有通用的機器視覺照明設(shè)備，所以針對每個特定的應(yīng)用實例，要選擇相應(yīng)的照明裝置，以達(dá)到*效果。許多工業(yè)用的機器視覺系統(tǒng)用可見光作為光源，這主要是因為可見光容易獲得，價格低，并且便于操作。常用的幾種可見光源是白幟燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈。但是，這些光源的一個zui大缺點是光能不能保持穩(wěn)定。以日光燈為例，在使用的*個１００小時內(nèi)，光能將下降１５％，隨著使用時間的增加，光能將不斷下降。因此，如何使光能在一定的程度上保持穩(wěn)定，是實用化過程中急需要解決的問題。另一個方面，環(huán)境光將改變這些光源照射到物體上的總光能，使輸出的圖像數(shù)據(jù)存在噪聲，一般采用加防護屏的方法，減少環(huán)境光的影響。由于存在上述問題，在現(xiàn)今的工業(yè)應(yīng)用中，對于某些要求高的檢測任務(wù)，常采用ｘ射線、超聲波等不可見光作為光源。 但是在一般的應(yīng)用中，LED機器視覺光源逐漸成為主角。
二、LED機器視覺光源特點
LED光源有以下幾個特點：1、使用壽命長，一萬到三萬小時左右。2、LED光源是由很多個LED顆粒擺列組成，可以組成不同形狀不同角度的光源。3、LED顆粒有不同的顏色不同的波長，用戶可以根據(jù)檢測對象的特征選用不同波長的光源，以突出檢測特征從而達(dá)到理想的效果。4、穩(wěn)定性好。LED光源相對其他光源來說，穩(wěn)定性大大增強，更加有利于為系統(tǒng)提供高品質(zhì)的圖像。
三、LED光源的照明方式
由光源構(gòu)成的照明系統(tǒng)按其照射方法可分為：背向照明、前向照明、結(jié)構(gòu)光和頻閃光照明等。
其中，背向照明是被測物放在光源和相機之間，它的優(yōu)點是能獲得高對比度的圖像，LED面光源和平行光源是這樣使用的，常用來突出產(chǎn)品的輪廓，比如工件的尺寸測量就是使用這種方法。
前向照明是光源和相機位于被測物的同側(cè)，這種方式便于安裝，比如條形光源，同軸光源，環(huán)形光源，圓頂光源，線光源等都是使用這樣的用法，這是zui常用的照明方式。
結(jié)構(gòu)光照明是將光柵或線光源等投射到被測物上，根據(jù)它們產(chǎn)生的畸變，解調(diào)出被測物的三維信息，這種方式比較少見。
頻閃光照明是將高頻率的光脈沖照射到物體上，要求相機的掃描速度與光源的頻閃速度同步，目前頻閃照明方式一般都用光源的控制器控制光源達(dá)到頻閃的功能，頻閃的工作方式可以大大提高光源的亮度和壽命，幾乎所有的LED光源都可以使用頻閃照明方式。
不論是何種的照明方式，目的就只有一個：提高光源的壽命并為圖像采集機構(gòu)提供穩(wěn)定的高對比度的圖像。
四、LED光源的性能
在實際運用中， 如何評價一個光源的好壞呢？一般來說，一個合適的光源要從對比度、亮度、均勻性、穩(wěn)定性、壽命等方面來考慮：
1） 對比度
對比度對機器視覺來說非常重要，對比度只就打光效果而言，這很大程度取決于光源和被檢測產(chǎn)品部位的波長。機器視覺光源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，從而易于軟件的判斷和區(qū)分。
2） 亮度
當(dāng)選擇兩種光源的時候，*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 。亮度不夠時，環(huán)境光對系統(tǒng)的影響就會很大，一個良好的光源的亮度必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于環(huán)境光（比如燈光，陽光等），這樣就保證環(huán)境光變化時對系統(tǒng)的影響不大，能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
3） 均勻性
均勻性是光源一個很中要的技術(shù)參數(shù)。均勻性好的光源使系統(tǒng)工作穩(wěn)定 。均勻性良好的光源，能保證工件的檢測部分的圖像灰度級別基本一致，這樣更加有利于軟件分析，降低誤判的風(fēng)險。
4） 壽命
光源的亮度不易衰減過快，這樣會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定，增加維護的成本 。發(fā)熱量大的燈亮度衰減快，當(dāng)亮度衰減到一定程度時，為了系統(tǒng)的穩(wěn)定性就得更換光源。因此光源的壽命與光源的工作溫度和光源本身的溫度有很大的關(guān)系。散熱設(shè)計是光源設(shè)計的一個重要的內(nèi)容之一。
五、如何選用光源
1）波長
既然光源的主要工作是為圖像采集機構(gòu)提供穩(wěn)定的高對比度的圖像。因此如何依靠光源增強被檢測部分的圖像對比度是我們的主要工作。一般來說，光源的選用原則是：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近顏色的光源照射可以使被照射部分變暗。其理論依據(jù)就是，光源的波長和檢測物體的波長越相近時，光源就越能增強物體圖像的對比度。
不同的波長，對物質(zhì)的穿透力（穿透率）不同，波長越長，對物體的穿透力愈強，波長越短，對物質(zhì)表面的擴散率愈大。
2）形狀
一般而言，什么形狀的物體選用什么形狀的光源。可以遵循以下原則：閃光曲面，考慮用散射圓頂光；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）；單個光源不能有效解決問題時考慮用組合光源；頻閃能夠產(chǎn)生比常亮照明20倍強的光；
六、隆基儀器的光源介紹
隆基儀器是專業(yè)的機器視覺光源研發(fā)制造企業(yè)。隆基儀器致力于機器視覺光源的研發(fā)和制造，為用戶提供全面的，贏得了越來越多的客戶認(rèn)可。目前，我們的光源形成環(huán)形光源、條形光源、線掃描光源、面光源、圓頂無影光源、平面無影光源、同軸光源、點光源、AOI設(shè)備光源、錫膏印刷機光源等眾多系列，擁有多項技術(shù)。為打造高品質(zhì)光源產(chǎn)品，隆基儀器LED顆粒均來自于世界*制造商。光源中所采用的每一顆LED都經(jīng)過嚴(yán)格測試，從LED的亮度、視角、波長、批次的一致性、殼體散熱、壽命等方面篩選，以保證光源整體亮度的均勻性和色澤的一致性。
一、機器視覺光源的種類
光源是影響機器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，因為它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和至少３０％的應(yīng)用效果。由于沒有通用的機器視覺照明設(shè)備，所以針對每個特定的應(yīng)用實例，要選擇相應(yīng)的照明裝置，以達(dá)到*效果。許多工業(yè)用的機器視覺系統(tǒng)用可見光作為光源，這主要是因為可見光容易獲得，價格低，并且便于操作。常用的幾種可見光源是白幟燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈。但是，這些光源的一個zui大缺點是光能不能保持穩(wěn)定。以日光燈為例，在使用的*個１００小時內(nèi)，光能將下降１５％，隨著使用時間的增加，光能將不斷下降。因此，如何使光能在一定的程度上保持穩(wěn)定，是實用化過程中急需要解決的問題。另一個方面，環(huán)境光將改變這些光源照射到物體上的總光能，使輸出的圖像數(shù)據(jù)存在噪聲，一般采用加防護屏的方法，減少環(huán)境光的影響。由于存在上述問題，在現(xiàn)今的工業(yè)應(yīng)用中，對于某些要求高的檢測任務(wù)，常采用ｘ射線、超聲波等不可見光作為光源。 但是在一般的應(yīng)用中，LED機器視覺光源逐漸成為主角。
二、LED機器視覺光源特點
LED光源有以下幾個特點：1、使用壽命長，一萬到三萬小時左右。2、LED光源是由很多個LED顆粒擺列組成，可以組成不同形狀不同角度的光源。3、LED顆粒有不同的顏色不同的波長，用戶可以根據(jù)檢測對象的特征選用不同波長的光源，以突出檢測特征從而達(dá)到理想的效果。4、穩(wěn)定性好。LED光源相對其他光源來說，穩(wěn)定性大大增強，更加有利于為系統(tǒng)提供高品質(zhì)的圖像。
三、LED光源的照明方式
由光源構(gòu)成的照明系統(tǒng)按其照射方法可分為：背向照明、前向照明、結(jié)構(gòu)光和頻閃光照明等。
其中，背向照明是被測物放在光源和相機之間，它的優(yōu)點是能獲得高對比度的圖像，LED面光源和平行光源是這樣使用的，常用來突出產(chǎn)品的輪廓，比如工件的尺寸測量就是使用這種方法。
前向照明是光源和相機位于被測物的同側(cè)，這種方式便于安裝，比如條形光源，同軸光源，環(huán)形光源，圓頂光源，線光源等都是使用這樣的用法，這是zui常用的照明方式。
結(jié)構(gòu)光照明是將光柵或線光源等投射到被測物上，根據(jù)它們產(chǎn)生的畸變，解調(diào)出被測物的三維信息，這種方式比較少見。
頻閃光照明是將高頻率的光脈沖照射到物體上，要求相機的掃描速度與光源的頻閃速度同步，目前頻閃照明方式一般都用光源的控制器控制光源達(dá)到頻閃的功能，頻閃的工作方式可以大大提高光源的亮度和壽命，幾乎所有的LED光源都可以使用頻閃照明方式。
不論是何種的照明方式，目的就只有一個：提高光源的壽命并為圖像采集機構(gòu)提供穩(wěn)定的高對比度的圖像。
四、LED光源的性能
在實際運用中， 如何評價一個光源的好壞呢？一般來說，一個合適的光源要從對比度、亮度、均勻性、穩(wěn)定性、壽命等方面來考慮：
1） 對比度
對比度對機器視覺來說非常重要，對比度只就打光效果而言，這很大程度取決于光源和被檢測產(chǎn)品部位的波長。機器視覺光源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，從而易于軟件的判斷和區(qū)分。
2） 亮度
當(dāng)選擇兩種光源的時候，*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 。亮度不夠時，環(huán)境光對系統(tǒng)的影響就會很大，一個良好的光源的亮度必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于環(huán)境光（比如燈光，陽光等），這樣就保證環(huán)境光變化時對系統(tǒng)的影響不大，能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
3） 均勻性
均勻性是光源一個很中要的技術(shù)參數(shù)。均勻性好的光源使系統(tǒng)工作穩(wěn)定 。均勻性良好的光源，能保證工件的檢測部分的圖像灰度級別基本一致，這樣更加有利于軟件分析，降低誤判的風(fēng)險。
4） 壽命
光源的亮度不易衰減過快，這樣會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定，增加維護的成本 。發(fā)熱量大的燈亮度衰減快，當(dāng)亮度衰減到一定程度時，為了系統(tǒng)的穩(wěn)定性就得更換光源。因此光源的壽命與光源的工作溫度和光源本身的溫度有很大的關(guān)系。散熱設(shè)計是光源設(shè)計的一個重要的內(nèi)容之一。
五、如何選用光源
1）波長
既然光源的主要工作是為圖像采集機構(gòu)提供穩(wěn)定的高對比度的圖像。因此如何依靠光源增強被檢測部分的圖像對比度是我們的主要工作。一般來說，光源的選用原則是：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近顏色的光源照射可以使被照射部分變暗。其理論依據(jù)就是，光源的波長和檢測物體的波長越相近時，光源就越能增強物體圖像的對比度。
不同的波長，對物質(zhì)的穿透力（穿透率）不同，波長越長，對物體的穿透力愈強，波長越短，對物質(zhì)表面的擴散率愈大。
2）形狀
一般而言，什么形狀的物體選用什么形狀的光源。可以遵循以下原則：閃光曲面，考慮用散射圓頂光；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）；單個光源不能有效解決問題時考慮用組合光源；頻閃能夠產(chǎn)生比常亮照明20倍強的光；
六、隆基儀器的光源介紹
隆基儀器是專業(yè)的機器視覺光源研發(fā)制造企業(yè)。隆基儀器致力于機器視覺光源的研發(fā)和制造，為用戶提供全面的，贏得了越來越多的客戶認(rèn)可。目前，我們的光源形成環(huán)形光源、條形光源、線掃描光源、面光源、圓頂無影光源、平面無影光源、同軸光源、點光源、AOI設(shè)備光源、錫膏印刷機光源等眾多系列，擁有多項技術(shù)。為打造高品質(zhì)光源產(chǎn)品，隆基儀器LED顆粒均來自于世界*制造商。光源中所采用的每一顆LED都經(jīng)過嚴(yán)格測試，從LED的亮度、視角、波長、批次的一致性、殼體散熱、壽命等方面篩選，以保證光源整體亮度的均勻性和色澤的一致性。