光源

機(ji)器(qi)視(shi)覺(jue)系(xi)統主要由三部(bu)分組成：圖像的(de)(de)獲(huo)取(qu)、圖像的(de)(de)處(chu)理(li)和分析、輸出或顯示。而圖像的(de)(de)獲(huo)取(qu)是(shi)機(ji)器(qi)視(shi)覺(jue)的(de)(de)核心，圖像的(de)(de)獲(huo)取(qu)系(xi)統則是(shi)由光源(yuan)(yuan)、鏡頭、相(xiang)機(ji)三部(bu)分組成。光源(yuan)(yuan)的(de)(de)選(xuan)取(qu)與打光合理(li)與否可直接影響至少30%的(de)(de)成像質量。所以光源(yuan)(yuan)是(shi)機(ji)器(qi)視(shi)覺(jue)系(xi)統中(zhong)非常(chang)重(zhong)要的(de)(de)一部(bu)分。

作用

通過適(shi)當(dang)的(de)(de)光源(yuan)照明設計，使圖(tu)像(xiang)中的(de)(de)目標(biao)信息與背景信息得(de)到較佳分離(li)，可(ke)以大(da)大(da)降低圖(tu)像(xiang)處(chu)理(li)算法分割、識別(bie)的(de)(de)難度，同時提(ti)高系(xi)統(tong)的(de)(de)定位(wei)、測量精度，使系(xi)統(tong)的(de)(de)可(ke)靠性(xing)和(he)(he)綜合(he)性(xing)能得(de)到提(ti)高。反之，如果光源(yuan)設計不(bu)當(dang)，會導(dao)致(zhi)在(zai)圖(tu)像(xiang)處(chu)理(li)算法設計和(he)(he)成(cheng)像(xiang)系(xi)統(tong)設計中事倍功半(ban)。因(yin)此(ci)，光源(yuan)及光學系(xi)統(tong)設計的(de)(de)成(cheng)敗是決(jue)定系(xi)統(tong)成(cheng)敗的(de)(de)首要因(yin)素。

照(zhao)亮目標，提高目標亮度；

突出測量特征，簡化圖(tu)像處理(li)算法；

克服環境光(guang)的干擾(rao)，保證圖像(xiang)的穩定性(xing)，提高圖像(xiang)信(xin)噪比(bi)；

提高視(shi)覺(jue)系(xi)統的定位、測(ce)量、識別精(jing)度，以及系(xi)統的運(yun)行速度；

降低系統(tong)設計的復雜度，形成有利于圖像(xiang)處理的成像(xiang)效果；

分類

1、環形光源

環形光源(yuan)提供不同照(zhao)射角度(du)、不同顏色組合，更能突出物體的三維信息；高密(mi)度(du)LED陣列，高亮(liang)度(du)；多種緊湊設計，節省安裝(zhuang)空間；解決對角照(zhao)射陰影問(wen)題；可選(xuan)配漫射板導光，光線(xian)均勻(yun)擴散。應用領域:PCB基板檢測，IC元件檢測，顯微(wei)鏡照(zhao)明，液晶校正，塑膠容器檢測，集成電路印(yin)字檢查(cha)

2、背光源

用(yong)高密(mi)度(du)LED陣(zhen)列面提供高強(qiang)度(du)背(bei)光(guang)照明，能突出物(wu)(wu)體(ti)的外(wai)形輪廓特征(zheng)，尤其適合作為顯(xian)微鏡的載物(wu)(wu)臺。紅白兩用(yong)背(bei)光(guang)源(yuan)、紅藍多(duo)用(yong)背(bei)光(guang)源(yuan)，能調配出不同(tong)顏(yan)色，滿足不同(tong)被測物(wu)(wu)多(duo)色要求。應用(yong)領域:機械零件尺寸的測量，電子(zi)元(yuan)件、IC的外(wai)型檢測，膠(jiao)片污點檢測，透明物(wu)(wu)體(ti)劃痕檢測等(deng)。

3、條形光源

條(tiao)形(xing)光(guang)源(yuan)是較(jiao)大方形(xing)結(jie)構被測(ce)物的優選光(guang)源(yuan)；顏(yan)色可(ke)根據需求搭(da)配，自由(you)組合；照射角度與安(an)裝隨意可(ke)調。應用領域:金(jin)屬(shu)表面(mian)(mian)(mian)檢查，圖(tu)像掃描(miao)，表面(mian)(mian)(mian)裂縫檢測(ce)，LCD面(mian)(mian)(mian)板檢測(ce)等。

4、同軸光源

同軸光(guang)源(yuan)(yuan)可以(yi)消(xiao)除物(wu)體表面不平整引(yin)起(qi)的(de)陰(yin)影(ying)，從而減(jian)少干(gan)擾；部分采用分光(guang)鏡設計，減(jian)少光(guang)損失(shi)，提高(gao)成像清晰度，均勻照射(she)物(wu)體表面。應用領(ling)域:系列光(guang)源(yuan)(yuan)適(shi)宜用于反射(she)度極高(gao)的(de)物(wu)體，如金屬、玻璃、膠(jiao)片(pian)、晶片(pian)等表面的(de)劃傷檢(jian)測，芯片(pian)和硅晶片(pian)的(de)破(po)損檢(jian)測，Mark點定位，包裝條碼(ma)識別(bie)。

5、AOI專用光源

不同(tong)角度(du)的(de)三色光(guang)照明(ming)，照射(she)凸顯焊錫三維信息；外(wai)加(jia)漫射(she)板導光(guang)，減(jian)少(shao)反光(guang)；不同(tong)角度(du)組合；應用領域:用于電路板焊錫檢(jian)測。

6、球積分光源

具有積分(fen)效果的半球面內(nei)壁，均(jun)(jun)勻(yun)反(fan)射從(cong)底部360度發射出的光線，使整個圖像的照度十分(fen)均(jun)(jun)勻(yun)。應用領域:合于曲面，表(biao)(biao)面凹凸，弧形(xing)表(biao)(biao)面檢(jian)測(ce)，或金屬、玻璃表(biao)(biao)面反(fan)光較強(qiang)的物體(ti)表(biao)(biao)面檢(jian)測(ce)。

7、線形光源

高亮度，采用(yong)柱(zhu)面透(tou)鏡聚光(guang)，適用(yong)于(yu)各(ge)種流水線(xian)連續檢測(ce)場(chang)合。應用(yong)領域(yu):陣相機照明專用(yong)，AOI專用(yong)。

8、點光源

大功率(lv)LED，體(ti)積小，發光(guang)強度高；光(guang)纖鹵素燈的替代(dai)品(pin)，尤其適合作為(wei)鏡(jing)頭(tou)的同軸(zhou)光(guang)源(yuan)等；高效散熱裝置，大大提高光(guang)源(yuan)的使用壽命。應用領(ling)域:適合遠心鏡(jing)頭(tou)使用，用于芯片檢(jian)測，Mark點定位，晶片及液晶玻璃底(di)基校正。

9、組合條形光源

四邊配置條(tiao)形(xing)光，每邊照(zhao)明獨立可控(kong)；可根據被(bei)測物要求調整所需照(zhao)明角度(du)，適用性(xing)廣。應(ying)用案例:CB基板檢測，IC元件(jian)檢測，焊錫(xi)檢查，Mark點定位，顯(xian)微鏡照(zhao)明，包裝條(tiao)碼照(zhao)明，球形(xing)物體照(zhao)明等。

10、對位光源

對位速度(du)快；視場(chang)大；精度(du)高；體積小，便于檢測集成；亮度(du)高，可選(xuan)配(pei)輔助環形光源。應(ying)用(yong)領域:VA系列(lie)光源是全自動(dong)電路板印刷機對位的(de)專用(yong)光源。

LED光源特點

目前(qian)機器視(shi)覺光源主要采用LED（發光二極管），由于其(qi)形狀自(zi)由度高，使用壽命長、響(xiang)應速度快、單色(se)性好(hao)、顏色(se)多樣、綜合性價比高等特點在行業(ye)內(nei)廣泛應用：

• 形狀(zhuang)自由度

一個LED光(guang)源(yuan)是由許多單個LED組合而成的，因而跟其他光(guang)源(yuan)相比，可做成更多的形狀，更容易針對用戶的情況(kuang)，設計光(guang)源(yuan)的形狀和尺寸。

• 使用壽命長

為(wei)了使圖像處理單元(yuan)得到精確(que)的，重復性好的測量結果(guo)，照明系統(tong)必(bi)須(xu)保(bao)證相當長的時間(jian)內能夠提供(gong)穩定的圖像輸入。LED光源(yuan)在連(lian)續工作10,000到30,000小時后，亮度衰(shuai)減(jian)，但(dan)遠(yuan)比其(qi)他型式的光源(yuan)效果(guo)好。此外，用(yong)控(kong)制系統(tong)使其(qi)間(jian)斷(duan)工作，可抑制發光管(guan)發熱(re)，壽命(ming)也將(jiang)延(yan)長一倍(bei)。

• 響(xiang)應速度(du)快

LED發光管響應(ying)時(shi)(shi)間(jian)(jian)很(hen)短，響應(ying)時(shi)(shi)間(jian)(jian)的真(zhen)正意義(yi)是(shi)能按要求保(bao)證(zheng)多(duo)個光源之(zhi)間(jian)(jian)或(huo)一個光源不(bu)同(tong)區域之(zhi)間(jian)(jian)的工(gong)作切換，采用(yong)專(zhuan)用(yong)控制器給LED光源供電時(shi)(shi)，達到max照度的時(shi)(shi)間(jian)(jian)小(xiao)于10s

• 顏色多樣

除了光(guang)源(yuan)(yuan)的(de)(de)形(xing)狀以外(wai)，得到(dao)穩(wen)定圖(tu)像輸入的(de)(de)另一(yi)(yi)方面(mian)就是選擇光(guang)源(yuan)(yuan)的(de)(de)顏(yan)(yan)(yan)色(se)(se)。甚至相(xiang)同(tong)形(xing)狀的(de)(de)光(guang)源(yuan)(yuan)，由(you)于(yu)顏(yan)(yan)(yan)色(se)(se)的(de)(de)不同(tong)得到(dao)的(de)(de)圖(tu)像也(ye)會有(you)很(hen)大的(de)(de)差別。實(shi)際上，如何利用(yong)光(guang)源(yuan)(yuan)顏(yan)(yan)(yan)色(se)(se)的(de)(de)技術特性得到(dao)較佳(jia)對比(bi)度(du)的(de)(de)圖(tu)像效果一(yi)(yi)直是光(guang)源(yuan)(yuan)開發的(de)(de)主(zhu)要(yao)方向(xiang)。

• 綜合性運營成本低

選(xuan)用(yong)低(di)廉而性能(neng)沒有保證的(de)產品(pin)，初(chu)次投資(zi)的(de)節省很快會被日常(chang)的(de)維護、維修(xiu)費(fei)用(yong)抵消。其他(ta)光(guang)(guang)源不僅耗(hao)電是LED光(guang)(guang)源的(de)2-10倍(bei)，而且幾乎(hu)每月就要更(geng)(geng)換，浪費(fei)了維修(xiu)工程師許(xu)多寶(bao)貴的(de)時間。而且投入使用(yong)的(de)光(guang)(guang)源越(yue)多，在器件更(geng)(geng)換和人工方(fang)面的(de)花費(fei)就越(yue)大，因此選(xuan)用(yong)壽命(ming)長的(de)LED光(guang)(guang)源從長遠看是很經(jing)濟(ji)的(de)。

如何選擇

•  環境要求分析

1、從客(ke)戶那里了解對系統結(jie)構(gou)及(ji)運行的要求，確定(ding)工業相機(ji)、光(guang)源、被測物的空間結(jie)構(gou)關系。

確定的參數有：視場(FOV),工(gong)作距離(WD)；

2、空間結構有: 直(zhi)射，側射，背部(bu)照射；

直射結構的光源—部分環形光源，同軸光源，圓頂光源；

側(ce)射結構(gou)的光源(yuan)—部分環形光源(yuan)，條形光源(yuan)，線光源(yuan)，點光源(yuan)；

背部照射(she)—方形(xing)背光源，條形(xing)背光源。

•  物體(ti)表面(mian)紋理及顏色(se)分析

1、物體表面(mian)是(shi)曲面(mian)還是(shi)平面(mian)？物體表面(mian)是(shi)否(fou)光滑？反光是(shi)否(fou)很強？

曲面檢測宜用(yong)(yong)圓頂(ding)光(guang)源(yuan)，光(guang)滑平(ping)面宜用(yong)(yong)同(tong)軸光(guang)源(yuan)，粗(cu)糙平(ping)面宜用(yong)(yong)明視場(chang)光(guang)源(yuan)。

2、物體的(de)透光性怎(zen)樣(yang)？

透光性好的物體可以用IR光源。

3、分清背景(我(wo)們不需要(yao)檢測的(de))是什么顏(yan)色(se)，前景(我(wo)們要(yao)檢測的(de))是什么顏(yan)色(se)？

好(hao)的光源(yuan)就是有(you)一(yi)個好(hao)的對比度－－-背景(jing)與(yu)前景(jing)很清楚。

4、前景顏色多變化

宜用彩色(se)(se)光(guang)源及白色(se)(se)光(guang)源；

•  選擇(ze)總結(jie)

1、需要前(qian)景與(yu)背景更(geng)大的對比(bi)度(du)?–考慮用黑(hei)白相機與(yu)彩色光源

2、環(huan)境光的問(wen)題?–嘗(chang)試(shi)用單(dan)色光源，配一個(ge)濾鏡(jing)

3、閃光曲面?–嘗(chang)試用(yong)散射圓(yuan)頂光

4、閃光，平(ping)的，但粗糙的表(biao)面?–嘗試用同軸散(san)射光

5、看(kan)表面的形狀?–考慮用暗(an)視場(低角度)

6、檢測(ce)塑料的時(shi)候(hou)–嘗試用紫(zi)外或紅外光

7、需要通過反射的表面看特征?–嘗(chang)試用低角度線光(guang)源(暗視場)

8、組合光(guang)源有時也能解決(jue)問(wen)題

9、頻閃能夠(gou)產生比常(chang)亮照(zhao)明20倍強的光

如何打光

•  一般目的的照明：

通用照明(ming)(ming)一(yi)般采用環(huan)狀(zhuang)或點(dian)狀(zhuang)照明(ming)(ming)。環(huan)燈是(shi)一(yi)種常(chang)用的通用照明(ming)(ming)方式，其很容(rong)易安裝在鏡(jing)頭上，可給(gei)漫反射表面提供足夠的照明(ming)(ming)。

•  背光照明：

背(bei)(bei)光(guang)照明(ming)是將光(guang)源(yuan)放置(zhi)在相(xiang)對于攝像頭的(de)(de)物(wu)體的(de)(de)背(bei)(bei)面(mian)(mian)。這種照明(ming)方式與別的(de)(de)照明(ming)方式有很大不同因為圖像分析的(de)(de)不是發水光(guang)而是入射(she)光(guang)。背(bei)(bei)光(guang)照明(ming)產(chan)生(sheng)了很強(qiang)的(de)(de)對比度(du)。應(ying)(ying)用背(bei)(bei)光(guang)技術時候，物(wu)體表面(mian)(mian)特(te)征可能會丟失。例(li)如(ru)，可以應(ying)(ying)用背(bei)(bei)光(guang)技術測量硬幣的(de)(de)直徑，但是卻無法判(pan)斷硬幣的(de)(de)正反面(mian)(mian)。

•  同軸照明(ming)：

同軸(zhou)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)是與攝(she)像(xiang)頭的(de)(de)(de)(de)(de)軸(zhou)向(xiang)(xiang)有相同的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)向(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)光照(zhao)(zhao)射(she)(she)(she)到物體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)。同軸(zhou)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)使(shi)用一種(zhong)特(te)殊的(de)(de)(de)(de)(de)半反(fan)(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)光源(yuan)(yuan)到攝(she)像(xiang)頭的(de)(de)(de)(de)(de)透(tou)鏡(jing)(jing)軸(zhou)方(fang)向(xiang)(xiang)。半反(fan)(fan)射(she)(she)(she)鏡(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)只(zhi)讓從物體(ti)(ti)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)垂(chui)直于透(tou)鏡(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)光源(yuan)(yuan)通過。同軸(zhou)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)技術對于實現(xian)扁平物體(ti)(ti)且(qie)有鏡(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)特(te)征的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)均(jun)勻(yun)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)很有用。此外此技術還可以(yi)實現(xian)使(shi)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)角度變化部分高亮，因為不垂(chui)直于攝(she)像(xiang)頭鏡(jing)(jing)頭的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)的(de)(de)(de)(de)(de)光不會進入鏡(jing)(jing)頭，從而(er)造(zao)成(cheng)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)較暗(an)。連續漫(man)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)：連續漫(man)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)應用于物體(ti)(ti)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)性或者表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)有復雜的(de)(de)(de)(de)(de)角度。連續漫(man)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)應用半球(qiu)形(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)均(jun)勻(yun)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)，以(yi)減小影子及鏡(jing)(jing)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)反(fan)(fan)射(she)(she)(she)。這種(zhong)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)方(fang)式(shi)對于完全組裝(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)電路(lu)板(ban)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)非常有用。這種(zhong)光源(yuan)(yuan)可以(yi)達到170立體(ti)(ti)角范(fan)圍的(de)(de)(de)(de)(de)均(jun)勻(yun)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)。

•  暗域照(zhao)明：

暗(an)域照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)是(shi)(shi)相(xiang)對于物體表(biao)面(mian)提供低角度照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)。使(shi)用相(xiang)機拍(pai)攝鏡子(zi)使(shi)其在(zai)其視野(ye)(ye)內(nei)，如果(guo)在(zai)視野(ye)(ye)內(nei)能看見光源就認為使(shi)亮(liang)域照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)，相(xiang)反的(de)在(zai)視野(ye)(ye)中(zhong)看不到(dao)光源就是(shi)(shi)暗(an)域照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)。因此光源是(shi)(shi)亮(liang)域照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)還是(shi)(shi)暗(an)域照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)與光源的(de)位置有關。典型的(de)，暗(an)域照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)應用于對表(biao)面(mian)部分(fen)有突起的(de)部分(fen)的(de)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)或表(biao)面(mian)紋理變(bian)化的(de)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)。

•  結構光：

結(jie)構(gou)(gou)光(guang)是(shi)一種投影在(zai)(zai)物體表面(mian)的有(you)一定幾何(he)形狀的光(guang)（如線形、圓形、正(zheng)方形）。典型的結(jie)構(gou)(gou)光(guang)涉(she)及激光(guang)或光(guang)纖。結(jie)構(gou)(gou)光(guang)可以用來測(ce)量相(xiang)機到(dao)光(guang)源的距離(li)。多軸照(zhao)明：在(zai)(zai)許多應用中，為了使視(shi)野下(xia)不同(tong)的特征表現不同(tong)的對比度，需(xu)要多重照(zhao)明技術。