光源

機器(qi)(qi)視(shi)(shi)(shi)覺系統主要由三部分(fen)(fen)組(zu)成：圖像(xiang)的(de)(de)獲取(qu)、圖像(xiang)的(de)(de)處理和(he)分(fen)(fen)析、輸出或顯示。而圖像(xiang)的(de)(de)獲取(qu)是(shi)機器(qi)(qi)視(shi)(shi)(shi)覺的(de)(de)核心，圖像(xiang)的(de)(de)獲取(qu)系統則是(shi)由光源、鏡頭、相機三部分(fen)(fen)組(zu)成。光源的(de)(de)選取(qu)與打(da)光合理與否可直接影響至少30%的(de)(de)成像(xiang)質(zhi)量。所以光源是(shi)機器(qi)(qi)視(shi)(shi)(shi)覺系統中非常重要的(de)(de)一(yi)部分(fen)(fen)。

作用

通過適(shi)當的(de)(de)光(guang)源照明設計(ji)，使圖像(xiang)(xiang)中(zhong)的(de)(de)目標信息(xi)與背景信息(xi)得(de)到較佳分(fen)離(li)，可以大(da)大(da)降低圖像(xiang)(xiang)處(chu)理算法分(fen)割、識別的(de)(de)難度，同(tong)時提高系(xi)統的(de)(de)定位、測量精度，使系(xi)統的(de)(de)可靠(kao)性和綜合性能(neng)得(de)到提高。反之，如(ru)果光(guang)源設計(ji)不當，會導致在圖像(xiang)(xiang)處(chu)理算法設計(ji)和成像(xiang)(xiang)系(xi)統設計(ji)中(zhong)事倍功半。因此，光(guang)源及光(guang)學系(xi)統設計(ji)的(de)(de)成敗是決定系(xi)統成敗的(de)(de)首(shou)要(yao)因素。

照(zhao)亮(liang)目(mu)標(biao)，提高目(mu)標(biao)亮(liang)度；

突出測量特征(zheng)，簡化圖像(xiang)處理算(suan)法；

克服環境光的(de)干(gan)擾，保證圖(tu)像的(de)穩定性，提高圖(tu)像信(xin)噪比(bi)；

提(ti)高視覺系統的(de)定位、測量、識別精度(du)，以(yi)及系統的(de)運行(xing)速度(du)；

降(jiang)低(di)系統設計的(de)復雜(za)度，形成(cheng)有利于圖(tu)像(xiang)處理的(de)成(cheng)像(xiang)效果；

分類

1、環形光源

環形光(guang)源提(ti)供不同(tong)(tong)照射(she)角度、不同(tong)(tong)顏(yan)色(se)組合(he)，更能突出物體的三維信息(xi)；高(gao)(gao)密度LED陣列，高(gao)(gao)亮度；多(duo)種(zhong)緊湊設計(ji)，節省安裝空(kong)間；解決對角照射(she)陰影問題；可(ke)選配漫射(she)板導光(guang)，光(guang)線均勻擴散。應用領域:PCB基板檢(jian)測，IC元件檢(jian)測，顯微鏡照明，液晶(jing)校(xiao)正，塑膠容器檢(jian)測，集成(cheng)電路印(yin)字(zi)檢(jian)查

2、背光源

用(yong)高密度(du)LED陣列面提供高強(qiang)度(du)背(bei)光照明，能突出物(wu)體(ti)的(de)外(wai)形輪廓(kuo)特征，尤其(qi)適合作為顯微鏡的(de)載物(wu)臺。紅(hong)白兩用(yong)背(bei)光源、紅(hong)藍多(duo)(duo)用(yong)背(bei)光源，能調配出不同顏(yan)色，滿足(zu)不同被測(ce)物(wu)多(duo)(duo)色要求。應用(yong)領(ling)域:機械(xie)零件尺寸的(de)測(ce)量，電子元件、IC的(de)外(wai)型(xing)檢(jian)(jian)測(ce)，膠片(pian)污點檢(jian)(jian)測(ce)，透(tou)明物(wu)體(ti)劃(hua)痕檢(jian)(jian)測(ce)等。

3、條形光源

條形光源是較大方形結構被測(ce)(ce)物的優(you)選光源；顏色可根(gen)據需(xu)求(qiu)搭配，自由組合；照射角度與安裝隨意可調。應用領域(yu):金屬表(biao)面(mian)(mian)檢(jian)查(cha)，圖(tu)像掃描(miao)，表(biao)面(mian)(mian)裂縫檢(jian)測(ce)(ce)，LCD面(mian)(mian)板檢(jian)測(ce)(ce)等。

4、同軸光源

同(tong)軸光源可以消除物體(ti)(ti)表(biao)面(mian)(mian)不平整引起的陰影，從而減少(shao)干擾(rao)；部(bu)分采用分光鏡設計，減少(shao)光損失，提(ti)高成像清晰度，均(jun)勻照射物體(ti)(ti)表(biao)面(mian)(mian)。應(ying)用領域:系(xi)列光源適宜用于反射度極高的物體(ti)(ti)，如金(jin)屬、玻璃、膠(jiao)片、晶(jing)片等表(biao)面(mian)(mian)的劃傷檢測，芯片和硅晶(jing)片的破損檢測，Mark點定位，包裝條碼識(shi)別。

5、AOI專用光源

不同角(jiao)度(du)的三色光照明(ming)，照射(she)凸顯(xian)焊錫(xi)三維信息(xi)；外(wai)加漫射(she)板導光，減少反光；不同角(jiao)度(du)組合(he)；應用領(ling)域:用于電路板焊錫(xi)檢測。

6、球積分光源

具有積(ji)分效(xiao)果的(de)半球面(mian)內壁，均勻反射從底部360度(du)發射出的(de)光線，使整個圖(tu)像的(de)照度(du)十分均勻。應用領域:合于曲面(mian)，表(biao)(biao)面(mian)凹(ao)凸，弧形(xing)表(biao)(biao)面(mian)檢測，或金屬、玻璃表(biao)(biao)面(mian)反光較強的(de)物體表(biao)(biao)面(mian)檢測。

7、線形光源

高亮度，采用柱面透鏡聚光，適用于各種流(liu)水線連續檢測場合(he)。應(ying)用領域:陣相機照明專(zhuan)用，AOI專(zhuan)用。

8、點光源

大(da)(da)功率(lv)LED，體(ti)積小(xiao)，發(fa)光強度高(gao)；光纖(xian)鹵素燈的替代品，尤其適合(he)作為鏡(jing)頭的同軸光源等(deng)；高(gao)效散熱裝置，大(da)(da)大(da)(da)提高(gao)光源的使(shi)用壽命。應用領域:適合(he)遠心(xin)鏡(jing)頭使(shi)用，用于芯(xin)片(pian)檢測，Mark點定位，晶片(pian)及液晶玻璃底基校(xiao)正。

9、組合條形光源

四邊配(pei)置條形(xing)(xing)光，每(mei)邊照(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)獨(du)立可控(kong)；可根據被測物要求(qiu)調整所需照(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)角度，適用性廣(guang)。應(ying)用案例:CB基板檢(jian)(jian)測，IC元件檢(jian)(jian)測，焊錫檢(jian)(jian)查，Mark點定位(wei)，顯微鏡照(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)，包裝條碼照(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)，球形(xing)(xing)物體照(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)等(deng)。

10、對位光源

對位速(su)度快；視場大；精度高；體積小，便(bian)于檢測集成；亮(liang)度高，可選配輔助環形光源(yuan)(yuan)。應用(yong)領域(yu):VA系列(lie)光源(yuan)(yuan)是全自動電路板印刷機對位的專用(yong)光源(yuan)(yuan)。

LED光源特點

目前機器視(shi)覺光源主要采用LED（發光二極管），由(you)于其形狀(zhuang)自由(you)度高(gao)，使用壽命長、響(xiang)應速度快(kuai)、單色(se)性(xing)好、顏色(se)多樣(yang)、綜合性(xing)價比高(gao)等(deng)特點(dian)在行業內廣泛應用：

• 形(xing)狀自由(you)度

一個(ge)LED光(guang)(guang)源是由許(xu)多(duo)單個(ge)LED組合而成(cheng)的(de)，因而跟其他光(guang)(guang)源相比，可做成(cheng)更多(duo)的(de)形(xing)狀，更容易針對用戶的(de)情況，設計光(guang)(guang)源的(de)形(xing)狀和尺(chi)寸。

• 使用壽命長

為了使圖像處理單元得到精確的(de)(de)，重復性好的(de)(de)測量結果，照(zhao)明(ming)系統必須保(bao)證相(xiang)當長的(de)(de)時間內能(neng)夠提供(gong)穩定的(de)(de)圖像輸入。LED光源(yuan)在連續工作10,000到30,000小時后，亮度衰減，但(dan)遠比其他型(xing)式的(de)(de)光源(yuan)效(xiao)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(ming)也將延長一倍(bei)。

• 響應速度快

LED發光(guang)管響(xiang)應時間(jian)(jian)(jian)很短，響(xiang)應時間(jian)(jian)(jian)的(de)真正意(yi)義(yi)是(shi)能按要求保證多(duo)個光(guang)源(yuan)之間(jian)(jian)(jian)或一個光(guang)源(yuan)不同區域之間(jian)(jian)(jian)的(de)工作切換，采用專用控(kong)制(zhi)器給LED光(guang)源(yuan)供電(dian)時，達到max照(zhao)度的(de)時間(jian)(jian)(jian)小于(yu)10s

• 顏色(se)多樣

除(chu)了光源的(de)(de)形(xing)狀以外，得到(dao)(dao)(dao)穩定圖(tu)像輸(shu)入(ru)的(de)(de)另(ling)一方面(mian)就是選擇光源的(de)(de)顏(yan)色。甚至相同形(xing)狀的(de)(de)光源，由于顏(yan)色的(de)(de)不同得到(dao)(dao)(dao)的(de)(de)圖(tu)像也(ye)會(hui)有很(hen)大(da)的(de)(de)差別。實際上，如何利用光源顏(yan)色的(de)(de)技術特性得到(dao)(dao)(dao)較佳對比度的(de)(de)圖(tu)像效果一直是光源開發的(de)(de)主(zhu)要(yao)方向。

• 綜合(he)性運營(ying)成本低

選用低廉而性能沒有(you)保證的(de)(de)產品，初次(ci)投資的(de)(de)節(jie)省(sheng)很快會被日(ri)常的(de)(de)維(wei)護、維(wei)修(xiu)費(fei)用抵消。其他光(guang)(guang)源不僅耗電是(shi)LED光(guang)(guang)源的(de)(de)2-10倍，而且(qie)幾乎每月就(jiu)要(yao)更(geng)換，浪費(fei)了維(wei)修(xiu)工(gong)(gong)程師許多寶貴的(de)(de)時間。而且(qie)投入使用的(de)(de)光(guang)(guang)源越(yue)多，在器件更(geng)換和(he)人工(gong)(gong)方面的(de)(de)花費(fei)就(jiu)越(yue)大，因(yin)此選用壽命長(chang)的(de)(de)LED光(guang)(guang)源從長(chang)遠看是(shi)很經濟(ji)的(de)(de)。

如何選擇

•  環境要求分(fen)析(xi)

1、從客(ke)戶那里了解(jie)對系統(tong)結構及(ji)運行的要(yao)求，確定工業相機、光源(yuan)、被(bei)測物的空間(jian)結構關系。

確(que)定的(de)參數有：視場(FOV),工作距離(WD)；

2、空間結構(gou)有: 直射(she)，側射(she)，背部(bu)照射(she)；

直射結構的光(guang)源(yuan)—部(bu)分(fen)環形光(guang)源(yuan)，同軸光(guang)源(yuan)，圓頂(ding)光(guang)源(yuan)；

側射結構的光源—部分環(huan)形光源，條(tiao)形光源，線(xian)光源，點光源；

背部照射—方(fang)形背光(guang)源(yuan)，條(tiao)形背光(guang)源(yuan)。

•  物體(ti)表面紋理及顏色分析

1、物體表面(mian)(mian)是曲面(mian)(mian)還(huan)是平(ping)面(mian)(mian)？物體表面(mian)(mian)是否光滑？反光是否很強？

曲面檢測宜(yi)用圓頂光源(yuan)(yuan)，光滑平(ping)(ping)面宜(yi)用同軸光源(yuan)(yuan)，粗糙平(ping)(ping)面宜(yi)用明視(shi)場光源(yuan)(yuan)。

2、物體的透光性怎樣？

透光性好的物(wu)體可以用IR光源。

3、分清(qing)背景(我們不需要檢(jian)測(ce)的(de))是(shi)(shi)什么顏色，前景(我們要檢(jian)測(ce)的(de))是(shi)(shi)什么顏色？

好(hao)的光源就是(shi)有一個好(hao)的對比度－－-背景與前景很清楚。

4、前景顏色多變化

宜用彩色光源及白色光源；

•  選擇總結(jie)

1、需要(yao)前景(jing)與背景(jing)更大的對比度?–考(kao)慮用黑(hei)白相(xiang)機(ji)與彩色光源

2、環境光的問題?–嘗(chang)試用單色光源(yuan)，配一(yi)個(ge)濾鏡

3、閃光曲面?–嘗試用散射圓頂光

4、閃光，平的，但(dan)粗(cu)糙(cao)的表(biao)面?–嘗試用同軸散射(she)光

5、看表面的形(xing)狀?–考慮用暗視(shi)場(低角度(du))

6、檢測塑料的(de)時候(hou)–嘗試用紫(zi)外(wai)或紅(hong)外(wai)光

7、需要通過反(fan)射的表(biao)面(mian)看特(te)征?–嘗試用低角(jiao)度線光源(暗視場(chang))

8、組合光源(yuan)有(you)時也(ye)能解決(jue)問(wen)題

9、頻(pin)閃(shan)能(neng)夠產(chan)生比常亮照明(ming)20倍強的(de)光

如何打光

•  一般目(mu)的的照明：

通(tong)用(yong)照(zhao)明(ming)一(yi)般采用(yong)環(huan)狀(zhuang)(zhuang)或點狀(zhuang)(zhuang)照(zhao)明(ming)。環(huan)燈(deng)是(shi)一(yi)種常用(yong)的(de)通(tong)用(yong)照(zhao)明(ming)方式，其很容易安裝在鏡頭上，可給漫反射(she)表面提供足夠的(de)照(zhao)明(ming)。

•  背光(guang)照明：

背(bei)(bei)(bei)光(guang)照明是(shi)將光(guang)源放(fang)置在(zai)相對(dui)于攝像頭的(de)物體(ti)的(de)背(bei)(bei)(bei)面(mian)。這種照明方式與別的(de)照明方式有很大(da)不同因為圖像分析的(de)不是(shi)發(fa)水光(guang)而是(shi)入射(she)光(guang)。背(bei)(bei)(bei)光(guang)照明產生(sheng)了很強的(de)對(dui)比(bi)度。應用背(bei)(bei)(bei)光(guang)技術(shu)時候，物體(ti)表面(mian)特征可能會丟(diu)失(shi)。例如，可以應用背(bei)(bei)(bei)光(guang)技術(shu)測量硬幣(bi)的(de)直徑，但是(shi)卻無法(fa)判斷硬幣(bi)的(de)正反面(mian)。

•  同軸照明：

同軸(zhou)照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)(ming)是(shi)與攝像頭(tou)(tou)的(de)(de)(de)軸(zhou)向有(you)(you)相(xiang)同的(de)(de)(de)方(fang)向的(de)(de)(de)光(guang)(guang)照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)射(she)(she)到物(wu)體(ti)的(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)。同軸(zhou)照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)(ming)使(shi)用(yong)(yong)一種特(te)殊的(de)(de)(de)半反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)鏡(jing)面(mian)(mian)(mian)反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)光(guang)(guang)源(yuan)到攝像頭(tou)(tou)的(de)(de)(de)透鏡(jing)軸(zhou)方(fang)向。半反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)鏡(jing)面(mian)(mian)(mian)只讓(rang)從物(wu)體(ti)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)垂(chui)(chui)直(zhi)于(yu)(yu)透鏡(jing)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)源(yuan)通過。同軸(zhou)照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)(ming)技(ji)術對(dui)(dui)于(yu)(yu)實現(xian)扁(bian)平(ping)物(wu)體(ti)且有(you)(you)鏡(jing)面(mian)(mian)(mian)特(te)征的(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)均勻(yun)照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)(ming)很有(you)(you)用(yong)(yong)。此(ci)外此(ci)技(ji)術還可以(yi)實現(xian)使(shi)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)角(jiao)度(du)變化部分(fen)高亮，因(yin)為(wei)不(bu)垂(chui)(chui)直(zhi)于(yu)(yu)攝像頭(tou)(tou)鏡(jing)頭(tou)(tou)的(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)不(bu)會進入(ru)鏡(jing)頭(tou)(tou)，從而造成(cheng)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)較暗。連(lian)續(xu)漫反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)(ming)：連(lian)續(xu)漫反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)(ming)應(ying)用(yong)(yong)于(yu)(yu)物(wu)體(ti)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)性或者表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)有(you)(you)復雜的(de)(de)(de)角(jiao)度(du)。連(lian)續(xu)漫反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)(ming)應(ying)用(yong)(yong)半球(qiu)形(xing)的(de)(de)(de)均勻(yun)照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)(ming)，以(yi)減小影子及鏡(jing)面(mian)(mian)(mian)反(fan)(fan)(fan)射(she)(she)。這(zhe)種照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)(ming)方(fang)式對(dui)(dui)于(yu)(yu)完全組(zu)裝的(de)(de)(de)電路板照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)(ming)非常有(you)(you)用(yong)(yong)。這(zhe)種光(guang)(guang)源(yuan)可以(yi)達到170立體(ti)角(jiao)范圍(wei)的(de)(de)(de)均勻(yun)照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)(ming)。

•  暗域照明(ming)：

暗域(yu)(yu)照(zhao)(zhao)(zhao)明是(shi)相對于物體表(biao)面(mian)提供低角度照(zhao)(zhao)(zhao)明。使用相機拍攝鏡子使其在(zai)(zai)其視野內，如果在(zai)(zai)視野內能看見光源(yuan)就認為(wei)使亮(liang)域(yu)(yu)照(zhao)(zhao)(zhao)明，相反的(de)在(zai)(zai)視野中看不到光源(yuan)就是(shi)暗域(yu)(yu)照(zhao)(zhao)(zhao)明。因此光源(yuan)是(shi)亮(liang)域(yu)(yu)照(zhao)(zhao)(zhao)明還是(shi)暗域(yu)(yu)照(zhao)(zhao)(zhao)明與(yu)光源(yuan)的(de)位置有關。典型的(de)，暗域(yu)(yu)照(zhao)(zhao)(zhao)明應用于對表(biao)面(mian)部(bu)分有突起的(de)部(bu)分的(de)照(zhao)(zhao)(zhao)明或表(biao)面(mian)紋理變化的(de)照(zhao)(zhao)(zhao)明。

•  結構光：

結(jie)(jie)構(gou)光(guang)(guang)(guang)(guang)是一(yi)種投影(ying)在(zai)(zai)物體表面的(de)有(you)一(yi)定(ding)幾何形狀的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)（如(ru)線形、圓形、正方形）。典型的(de)結(jie)(jie)構(gou)光(guang)(guang)(guang)(guang)涉及激光(guang)(guang)(guang)(guang)或光(guang)(guang)(guang)(guang)纖。結(jie)(jie)構(gou)光(guang)(guang)(guang)(guang)可以用來測量相機(ji)到光(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)的(de)距離(li)。多軸照(zhao)明(ming)(ming)：在(zai)(zai)許多應用中，為了(le)使視野下不同的(de)特征表現不同的(de)對比度(du)，需要多重照(zhao)明(ming)(ming)技術。