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光源设计_百度文库

作者:宝宝计划    发布时间:2020-06-09 08:00    

  光源设计_机械/仪表_工程科技_专业资料。机器视觉光源 做机器视觉,一定会涉及到光源,它在机器视觉中有重要的作用,直接影响到图 像的质量,进而影响到系统的性能。 所以我们说光源起到的作用:就是获得对比鲜明的图像。 图像的质量好坏,也就是看图

  机器视觉光源 做机器视觉,一定会涉及到光源,它在机器视觉中有重要的作用,直接影响到图 像的质量,进而影响到系统的性能。 所以我们说光源起到的作用:就是获得对比鲜明的图像。 图像的质量好坏,也就是看图像边缘是否锐利,具体来说: 1、将感兴趣部分和其他部分的灰度值差异加大 2、尽量消隐不感兴趣部分 3、提高信噪比,利于图像处理 4、减少因材质、照射角度对成像的影响 控制光源反射方向 图像的边缘锐利程度对比 常用的有 LED 光源、卤素灯(光纤光源)、高频荧光灯 。 先简单介绍一下后面两种。 卤素灯也叫光纤光源,因为光线是通过光纤传输的,适合小范围的高亮度照明。 它真正发光的是卤素灯炮,功率很大,可达 100 多瓦。高亮度卤素灯炮,通过光 学反射和一个专门的透镜系统,进一步聚焦提高光源亮度。卤素灯还有一个名字 叫冷光源,因为通过光纤传输之后,出光的这一头是不热的。适合对环境温度比 较敏感的场合,比如二次元量测仪的照明。但它的缺点就是卤素灯炮寿命只有 2000 小时左右。 高频荧光灯,发光原理和日光灯类似,只是灯管是工业级产品,并且采用高频电 源,也就是光源闪烁的频率远高于相机采集图象的频率,消除图像的闪烁。适合 大面积照明,亮度高,且成本较低。但需要隔一定时间换灯管一定要进口的才过 关,国内的高频做的不行,老有闪烁,国外最快可做到 60KHz。 相对来说,目前 LED 光源最常用。主要有如下几个特点: 1、使用寿命长,10000-30000 小时。 2、由于 LED 光源是采用多颗 LED 排列而成,可以设计成复杂的结构,实现不同 的光源照射角度。 3、有多种颜色可选,包括红、绿、蓝、白,还有红外、紫外。针对不同检测物 体的表面特征和材质,选用不同颜色,也就是不同波长的光源,达到理想效 果。 下面我们具体讨论以下 LED 光源的分类。 LED 光源可以分为 2 大类:一类是正面照明,一类是背面照明。 正面照明用于检测物体表面特征, 背面照明用于检测物体轮廓或通明物体的纯净 度。 正面光源按照光源结构分,有环形灯、条形灯、同轴灯和方形灯。当然环形灯用 得最多,包括直射环形,漫反射环形,Dome 灯等。 我们说直接照射环形、漫反射环形、Dome 灯,这三种的区别如下。 比如直接照射环形,适合不反光物体的检测; 漫反射环形,适合反光物体检测。 直射环形(垂直照射) 带角度环形 低角度环形 水平照射环形 Dome 灯,也算漫反射的一种,但它是通过半球型的内壁多次反射,可以完全消 除阴影。主要用于检测球型或曲面物体。 直接照射环形按照射角度分, 有直射环形(垂直照射),带角度环形,低角度环形和 水平照射环形等。可以理解就是:每个 LED 的光轴和环形灯外壳之间的夹角, 依次为 0°,20°,60°, 90°(具体型号可能会稍有变化)。不同的角度适合不 同的检测要求。前面两种为明视野照明,也就是被测物体表面大部分反光都能进 摄像头, 故背景呈白色, 比如物体表面突出特征的检测; 后面两种为暗视野照明, 也就是被测物体表面大部分反光都不进摄像头,故背景呈黑色,只有物体高低不 平之处的反光进入摄像头, 比如金属表面划痕的检测, 背景呈黑色, 划痕呈白色。 同时, 直射环形(垂直照射)和带角度环形的区别在于, 前面一种的照射距离较远, 后者较近。低角度环形和水平照射环形的区别也是这样。 同时,漫反射环形也有直射和低角度之分。 直射漫反射 低角度漫反射 条形灯,有两个应用。一个是宽幅检测,2 个或 4 个条形组合使用,另一个是线 扫描的照明。 前面一个―――条形灯组合使用,它的最大特点是每个方向的光源照射角度可 调,因为光源的照射角度对我们最终的图象效果有很大影响。灵活性比较大,但 调试时也相对费事一些。 另外一个应用,就是线扫描照明。因为现在 linescan 项目多起来了,所以想多 介绍一些。linescan 相机每次都是采集一条线,且曝光时间短,对光源亮度要 求很高。光源需要采用聚光型,集中照到一条线上,这样才能准确控制你的图象 稳定。 Linescan 的照明, 常用的有几种办法: 超高亮 LED+聚光镜、 光纤+聚光镜、 高频荧光灯+聚光镜。超高亮 LED+聚光镜,寿命长不用说,但成本较高,照射距 离可能会受一些限制;光纤亮度高,但成本贵;高频荧光灯,成本较低,但需要 隔一定时间换灯管。 接下来介绍同轴灯。 同轴灯主要用于检测反光程度很厉害的平面物体,比如玻璃。 它的特点是:里面有一块 45 度安装的半透半反玻璃。LED 发出的光线,先通过 全反射垂直照到被测物体,从被测物体上反射的光线垂直向上穿过半透半反玻 璃,进入摄像头。这样就既消除了反光,又避免了图象中产生摄像头的倒影。 但是有一点提醒一下,同轴灯可以消除反光,但只适合检测平面的物体,而不适 合检测有弧度的物体。因为同轴灯让 CCD 只能接受到和物体垂直,也就是和镜头 同轴的光线,所以就叫同轴灯啊。 当然同轴灯还有一种, 就是点光源。 因为点光源是和同轴镜头配合使用。 事实上, 只是把上面同轴灯 45 度半透半反的玻璃,移植到镜头里面去了。所以这时选的 是同轴镜头。 背面照明 背光的作用就是让透光和不透光的部分,区分开来:透光的地方呈白色,不透光 呈黑色。这样取得一个黑白对比的图片。 在背光的选型上面,一个就是需要均匀性好,第二个就是看穿透力。如果需要穿 透力强的话就可以选,红外光。 因为波长长穿透力更强 提到这个问题,顺便介绍一下光源的颜色选型。 一般有红、绿、蓝、白、红外。其中红色用得最多,因为红色 LED 成本低,并且 黑白 CCD 芯片对 660nm 光线最敏感。兰色适合检测物体表面质量,因为波长短。 当然, 紫外的散射性更好, 因为波长更短。 而白色是中性颜色, 适合拍彩色图片, 或着被测物体的颜色在变化的。绿色的亮度很高,且波长和兰色接近,所以有时 可用绿色代替兰色。红外用于半透明等的物体检测 波长越长,穿透力越强;波长越短,扩散性越好。


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