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详述机器视觉中光源的选型

发布时间:2023-03-07 16:57:02 浏览次数:888


 

 

       如果纸上写的内容不够清晰,通常可引用一种简单的解决方案:将文字放在一盏灯下。如果我希望看清纸上模糊的轮廓,就需要举起纸张朝向光源,这样就可以看得更清楚。换句话说,不同的光源类型和强度可以产生不同效果

根据我们的统计,机器视觉项目中用到的光源有如下几种:

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环形光源:

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       光出射角度值在0°~90°。0°~45°为低角度环形光源,目前应用案例包括手机金属外框划痕检测、光滑表面的划痕、破损检测以达到突显物体轮廓及划伤,破损的效果60°~90°光出射角度集中照射被测物表面,突显物体的表面对不同特性,应用案例有:电感锡面检测,USB接口网线接口等不同数据接口的pin针检测,高尔夫球T端面检测,以及平面喷码检测。

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条形光源:

       这款光源的特点为尺寸灵活小巧,可适应不同位置,主要适用于检测较大方形结构被测物效果明显。目前应用案例包括裂纹,一维二维码读取。注塑件毛边检测,高尔夫球Tee文字检测。

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四面可调光源:

       四个独立可调的条形光源,可独立控制亮度,安装灵活,高亮度,高精度照明。应用领域:四侧引脚扁平封装的检查。二维码读取,陶瓷包装表面检查。

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圆顶无影光源:

       光线经过球面漫射板反射之后,光滑,均匀的照射在被测物体上,适用于被测物表面起伏不平,反光的物体。应用案例进行曲面,表面凹凸,弧形检测。金属,玻璃反光较强的表面检测。

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底部背光源:

       底部发光的标准背光源可应用于显微镜载物台,突出被测物的外形轮廓并由高密度的LED阵列提供高亮度的背光照明。应用于透明物体的毛边,污渍,划痕检测。

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方形无影光源:

       适用于矩形和不规则被测物,提供矩形视野。应用案例:电池板断线检测,手机贴膜,贴膜位置边缘校正,一维,二维码识别。

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AOI专用光源:

       具有高亮度,均匀性好,空间分辨率高的特点;由三组独立控制的环形光源以高中低不同角度照射电路板,很好的把电路板上的元件电极、焊盘、焊点等不用倾斜度的特征凸显出来。应用领域多层次物体检测,插件焊点检测,贴装,焊锡检测。

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点光源:

       采用独特的聚光效果(导光柱)实现均匀的照射应用利于包括液晶玻璃线路检测,玻璃表面划痕检测,插头底部字符检测。

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线性光源:

       线性光,高强度光照明,目前应用案例:手机外壳表面凹凸点,划痕,污渍检测。使用特殊的镜片使光线达到线性射出,并保持均匀,平滑。

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同轴光源:

       高强度均匀的光线通过分光镜后与镜头同轴的光线,采用特殊材料抑制反光造成的重影。提高成像清晰度。适用于反光率高的被测面的划痕,印字检测。应用案例包括:激光打标字符,二维码识别,反光率高的物体表面的划伤检测。

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除了以上10种光源还有平行光源,紫外光源,红外光源,后续会继续学习。

 

了解了光源再谈谈所使用的控制器,有以下两种:


数字控制器:

       通信控制,可实现持续照应与频闪照明,并具有自动延时关闭输出功能(与上位机停止通信超过60s后自动关闭光源输出,以减少光源性能损耗),并可以选用外部点亮的功能。产品特点:短路保护,亮度256级控制。最大输出通道8,各通道的亮度独立控制。触发速度快延时小于10us。


照射光的种类:漫射光,直射光,偏光光,平行光

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漫射光:(扩散光)各种角度混合起来的光,日常生活中用到的基本是扩散光

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直射光:来自一个方向上的光,可以在亮色暗色阴影之间产生相对高的对比图像

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偏光光:在垂直于传播方向的平面内,光矢量延着某一固定方向振动的光(通常是利用偏光板片来防止特定方向的反射。

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平行光:照射角度一致的光,太阳光就是平行光。发光角度越窄的LED直射光越接近平行光。

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       在可用自然光线不足或光的成分不适合时,需要应用外部(额外)人工光源,这是常见情况。在优化光源方面进行投资可以削减编程和图像分析成本。而且,光源系统的选择精心与否,会直接影响图像质量的好坏,进而影响图像处理系统的效果

       虽然在光源应用领域有很多不同的光源类型和技术,但是不用焦虑:80%的应用采用以下三个解决方案之一即可达到理想效果:

   环形光

   条形光(包括射灯)

   背光

 

LED是光源工程市场上明显的发展趋势。相比卤素灯和荧光灯等其他选择,LED更便宜、更高效。

 

如何为您的应用找到合适的光源?

       为系统选择合适的光源,这个过程很容易。首先,必须确定需要显示物体的哪些特征。它是由什么材料制成的?是否反射或吸收光?采用什么样的结构、几何形状和颜色?另外,物体的运动情况环境光条件对象的距离也会影响光源的选择。一旦确定了这些因素,选择光源类型就变得比较容易,或者说,它至少大大缩小了选择范围。

 

       下面通过几个例子说明物体特征对于光源选择的影响。

 

调整光源照射角度以达到不同展示效果

       如果希望只使用一个视觉系统来标识划痕,那么建议使用侧面光。划痕从相机方向反射入射光线,会使得划痕显得很明亮,可以清晰得看清划痕。相反,如果不希望看到划痕,而是想隐藏它们,那么就需要从其他角度照亮物体,例如:使用环形光从上方照射,从而防止产生阴影,可以在没有干扰的情况下突出颜色和打印元素等其他特点。

 

不同波长光源搭配以展现不同的视觉效果

       如果需要真实的色彩还原,那么就需要在使用彩色相机时搭配白色光源。

 

       在有些可以检测到颜色特征(例如目标物体上的红色点)情况下,是不需要色彩还原的。这些特征常常也可以通过黑白相机搭配彩色光源显示在黑白图像上。

       假设检验任务需要将红色糖果从蓝色糖果中分开,那么可使用红光。红色糖果完全反射红光,因此显得很亮,而蓝色糖果主要吸收光,显得很暗。

 

       特定波长光源的一个好处在于,它还可以使其他情况下无法看到的特定属性呈现出来。例如,使用红外线(IR)检测水果上的压力点,它会特别有效,能轻松显示出人眼难以辨别的缺陷。

 


总结

       对于检测任务来说,适当的光源是任何成功的图像处理系统的基本要素之一。光源系统的选择精心与否,对图像质量的好坏有决定性影响,进而影响系统效果。简单来说,光源在一定程度上决定了检测任务能否有效进行。为视觉系统找到合适的光源并不困难。80%的应用适合使用LED环形光、条形光或背光。在许多情况下用户可以通过轻松修改或优化光源来提高图像亮度。


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