【光电智造】详述机器视觉项目中光源选型

来源:今日光电发布时间:2023-05-312111浏览

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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：

环形光源（LQ-HDRmmnn-C）：
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。
条形光源（LQ-HBLmmnn-C）
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。
四面可调光源(LQ-SQLmm-C)：
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。
圆顶无影光源（LQ-DMLmm-C）：
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。
底部背光源（LQ-HFLmmnn-C）：
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。
方形无影光源（LQ-PSFmm-C）：
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。
AOI专用光源（LQ-HRLmmm-RGB）：
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。
点光源（LQ-PTw-C）
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。
线性光源（LQ-LNSmm-C）：
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。
同轴光源（LQ-CXLmm-C：
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。

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（LQ-DPW-mVw-XT）：
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。
模拟控制器(LQ-APW-mVw-XT)：
无级调节。操作方便，最大4个通道，可长时间持续点亮LED灯，也可选用外部触发点亮功能。控制器最大输出电压5V和24V。(光源输入电压要与控制器最大输出电压匹配，否则可能造成光源损坏)
两种常见正向打光方式：暗视野，明视野

明视野用直射光来观察对象。散乱光呈黑色（看反射光和透射光）

暗视野用散乱光来观察对象。散乱光呈白色（看散乱光）不规则的光线为散乱光

照射光的种类：漫射光，直射光，偏光光，平行光

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
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
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。
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。

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、环境光条件和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。

来源：机器视觉沙龙