机器视觉光源介绍

机器视觉——光源篇收藏一、为什么要使用光源•目的将被测物体与背景尽量明显分别，获得高品质、高对比度的图像•地位机器视觉三大技术（采像技术，处理技术，运动控制技术）之一•重要性直接影响系统的成败，处理精度和速度二、光源的种类•理想的光源应该是明亮，均匀，稳定的•视觉系统使用的光源主要有三种高频荧光灯光纤卤素灯LED（发光二极管）照明•高频荧光灯使用寿命约1500－3000小时优点：扩散性好、适合大面积均匀照射缺点：响应速度慢，亮度较暗•光纤卤素灯使用寿命约1000小时优点：亮度高缺点：响应速度慢，几乎没有光亮度和色温的变化•LED灯使用寿命约10000－30000小时可以使用多个LED达到高亮度，同时可组合不同的形状响应速度快，波长可以根据用途选择三、LED光源的优势•可制成各种形状、尺寸及各种照射角度；•可根据需要制成各种颜色，并可以随时调节亮度；•通过散热装置，散热效果更好，光亮度更稳定；•使用寿命长（约3万小时，间断使用寿命更长）；•反应快捷，可在10微秒或更短的时间内达到最大亮度；•电源带有外触发，可以通过计算机控制，起动速度快，可以用作频闪灯；•运行成本低、寿命长的LED，会在综合成本和性能方面体现出更大的优势；•可根据客户的需要，进行特殊设计。

四、LED光源的颜色•主要颜色红色蓝色绿色白色•其他颜色橙色红外紫外五、照明技术的基础知识1、照射光的种类(1)直射光主要来自于一个方向的光，可以在亮色和暗色阴影之间产生相对高的对比度图像。

(2)漫射光（扩散光）各种角度的光源混合在一起的光。

日常的生活用光几乎都是扩散光。

(3)偏振光在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿某一个固定方向振动的光。

通常是利用偏光板（片）来防止特定方向的反射。

(4)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。

对比度：对比度对机器视觉来说非常重要。

机器视觉应用的照明的最重要的任务就是使需要被观察的特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的对比度，从而易于特征的区分。

浅谈机器视觉的光源1.机器视觉中光源的作用A．照亮目标，提高亮度；B．形成有利于图像处理的效果；C．克服环境光干扰，保证图像稳定性；D．用作测量的工具或参照物。

光源是机器视觉系统最为关键的部分之一。

好的光源能够输出一幅好的图像，从而改善整个系统的分辨率，简化软件的运算。

通过合适的光源设计可以使图像中的目标信息与背景信息最佳分离，从而大大降低图像处理的算法难度，同时提高系统的精度和可靠性。

目前，还没有一个通用的机器视觉照明设备，因此针对每个特定的案例，都要设计合适的照明装置，以达到最佳效果。

一幅好的图像应该具备如下条件：A．对比度明显,目标与背景的边界清晰；B．背景尽量淡化而且均匀，不干扰图像处理；C．与颜色有关的还需要颜色真实，亮度适中，不过度曝光。

图1如图1所示，上排三幅为图像效果比较差的示例，对比度差将导致目标很难与背景分离，均匀性差会导致很难找到一个全局的灰度判别标准，一致性差会导致目标提取不完整等问题，下排三幅图分别为对比度、均匀性、一致性比较好的情况，这样的效果图像处理和信息提取都将会很简单、很稳定。

2.常见的视觉光源能够发光的物体称为光源，目前所采用的光源分为两大类：自然光源和人造光源。

天然光源主要是指日光，其次还包括星光等，能够有效利用的主要是日光，星光只能用作导航的参照物；早期的人造光源主要是燃烧燃料的一些灯具，例如蜡烛、油灯或者燃烧木材和煤炭等；各种电力驱动的光源是近现代出现的，其种类有很多，例如：热辐射类(白炽灯、卤钨灯)、高低压气体放电灯类(高压汞灯、钠灯)、荧光灯和电致发光的固态光源(发光板、发光二极管)等。

机器视觉常用的一些光源主要有：氙灯、高频荧光灯、光纤卤素灯、发光二极管等。

图2：常见机器视觉光源的对比LED光源的优势:（1）可制成各种形状、尺寸及各种照射角度；（2）可根据需要制成各种颜色，并可以随时调节亮度；（3）通过散热装置使散热效果更好，光亮度更稳定；（4）使用寿命长；（5）反应快捷，可在10us或更短的时间内达到最大亮度；（6）电源带有外触发，可以通过计算机控制，起动速度快，可以用作频闪灯;（7）运行成本低;（8）可根据客户的需要，进行特殊设计。

【机器视觉】机器视觉光源详解...00. 目录文章目录•o00. 目录o01. 自然光介绍o02. 光的颜色介绍o03. 机器视觉光源o▪ 3.1 环形光源▪ 3.2 条形光源(常规型)▪ 3.3 条形光源(非标型)▪ 3.4 条形组合光源▪ 3.5 高亮高均条形光源▪ 3.6 面光源(背光源)▪ 3.7 平行面光源▪ 3.8 开孔面光源▪ 3.9 侧面道光背光源▪ 3.10 同轴光源▪ 3.11 直角同轴光源▪ 3.12 高亮高均同轴光源▪ 3.13 同轴平行光源▪ 3.14 线性光源▪ 3.15 圆顶光源▪ 3.16 隧道光源o04. 附录01. 自然光介绍在生活中，光主要来自于太阳光，而太阳光的辐射也是最为全面的，虽然太阳光看起来是没有颜色的，但是太阳光的组合成分却是最为复杂，即太阳光是复合光线，接下来介绍下太阳光的组合成分；太阳光主要分为两部分：不可见光，可见光；不可见光主要分为红外区域的不可见光和紫外区域的不可见光：可见光主要是波长为760nm~380nm 的光，而这部分光可以通过对太阳光使用三棱镜色散获取到；在表现不同的可见光中，不同波长的光线呈现不同的颜色，即波长决定特定颜色的特征；在日常生活中，太阳光/白光包含多种颜色波段的光，而这种白光可以通过三棱镜进行分解，这些我们在初级物理中即可了解到；机器视觉光源主要用到的是可见光、部分红外光、部分紫外光；02. 光的颜色介绍机器视觉中光的颜色介绍（1）白色光：机器视觉中白色光分为冷、暖、中间色调颜色，通常在拍摄彩色图像时使用此类光源效果较好，如果对于彩色图像中某一部分有特殊需求，可以另做相关操作；（2）蓝光：三原色光中的其中一种，比较适用于银色背景下的目标物的打光；（3）红光：同属于三原色光中的一种，可以透过一些比较暗的物体，也可以根据颜色的吸收等不同的方法，实现不同打光效果，突出检测目标的特征，并且红色光源能够提高对比度；（4）绿光：主要针对于红色背景、银色背景，并且在3C 应用中，传送带多数为绿色；（5）红外光：属于不可见光之一，透过力强，对于塑料穿透性好，可以将封装好的金属电路等内部元件显示出来，在此种应用场景下，效果和 X 射线一样好，且对于人体无伤害；（6）紫外光：属于不可见光之一，波长较短，且穿透力强，主要应用于证件检测，触摸屏ITO 检测，点胶溢胶检测，金属表面划痕检测等；（7）X-ray 激光：波长短，穿透性好，可以用于透视检测、轮毂划痕及裂纹检测等；可见光的三原色光的三原色包括R 、G 、B （红、绿、蓝）三种颜色的光，生活中以及工业视觉中不同颜色的光均可以通过以上三种光进行合成；如下：红 + 绿 = 黄红 + 蓝 = 青红 + 绿 + 蓝 = 白且红、绿、蓝三种颜色均不能被再次分解，适用这三种颜色基本可以形成所有的颜色；如下示例图像所示的加色规律：根据光的颜色以及光的冷暖，可以将不同颜色形成一个色环，如下图所示，相邻的颜色是相似色，相对颜色是相对色；机器视觉系统中光源的作用1.强化特征，弱化背景2.突出测量特征3.提高图像信息4.简化算法5.减低系统设计的复杂度6.提高系统的检查精度、速度03. 机器视觉光源3.1 环形光源机器视觉光源工业照明检测LED光源环形光源产品描述环形光源采用高柔性基板材质，独特的制作方法，可以任意角度弯曲，以构成具有最佳外径、内径和照射角度的照明系统。

CCS打光培训概念：1、直射光：直接照射物体的光。

直射光的特点是被照物体后面会产生影子。

晴天太阳光为直射光。

2、扩散光：各种角度的光混合在一起的光。

扩散光照射被照物体不会产生阴影，如无影灯灯光就为扩散光，阴天的太阳光经过云层反射也是扩散光。

3、平行光：光的照射方向一致，光线平行的光。

4、偏振光：所有的光的振幅平面皆为同一平面的光，叫做偏振光。

5、直反射（镜面反射）：6、漫反射：7、明视场：直接反射光进镜头。

并不是说视野里物体亮就是明视场，物体亮度都是相对的，光源亮度高也会使暗视场的物理比较明亮。

8、暗视场：散射光进镜头。

光的穿透性和反射性：波长长的光（红外光）穿透性好；波长短的光反射性好。

穿透塑料薄膜检查物体首选红外；观测玻璃上灰尘划痕首选紫外。

扩散比率：反射能力。

扩散比率高的光穿透性差。

人眼看不到红外光和紫外光，但是相机能够测到红外和紫外；相机对红外和紫外的感光也是有限的，要参照相机的感光特性曲线；紫外照射有些物体可以发出荧光。

常用照明方式：明视场、暗视场、背光照明。

一般相机都是装在被测物正上方，所以当使用同轴光的时候，是明视场；使用低角度光的是暗视场。

测试物体轮廓尺寸多选背光照明方式。

光源颜色的选择：1、用光的穿透性或扩散特性。

2、被测物是彩色：什么颜色的物体反射什么颜色的光，相机观察就是亮色（白色）；吸收其他颜色的光，相机观察就是暗色（黑色）。

波长接近，吸收的少；波长相差大，吸收的多。

3、即使相同颜色的物体，由于材质不同，对光的反射特性也不同。

短波长光照射不同材质物体，反光率差异大；长波长光照射，反光率差异相对小。

偏光板和偏光滤镜：作用：1、消除反光干扰：利用原理：镜面反射中入射光为偏振光，反射光也是偏振光；漫反射中入射光是偏振光，反射光非偏振光。

例子：取玻璃窗中玩具的图像，视野里会有玻璃反射的光源影像，造成干扰。

光源上装偏光板，镜头上装偏光滤镜。

偏振光经玻璃反射仍为偏振光，利用偏光滤镜过滤掉这些偏振光即可消除光源影像干扰；玩具上为漫反射，总有一部分漫反射光到镜头里，即可成像。

.机器视觉LED光源照明技术说明一、机器视觉光源照明技术的几个要素1、方向：选择不同的光源，控制和调节照射到物体上的入射光的方向是机器视觉系统设计的最基本的参数。

它取决于光源的类型和相对于物体放置的位置。

1）直射光：入射光基本上来自一个方向，射角小，它能投射出物体阴影；2）散射光：入射光来自多个方向，甚至于所有的方向，它不会投射出明显的阴影。

2、光谱：光是由单一的或多种成份的光谱组成的，例如日光的光谱就是由从红外到紫外的所有光谱组成的，人眼能感觉的光谱范围在380nm至780nm之间，即从红色780nm到紫色380nm光的颜色，取决于光源所产生的光的类型，以及覆盖在光源或摄像机镜头上的光学滤色镜。

3、偏振性：（Polarization ）又称极化光，是光波的一种特性，光在传播时和电磁波一样是震荡的，一般的光波的震荡方向是不定的，而极化光的震荡方向处在一个确定的平面上，例如线性极化光的振荡轴与传播方向垂直。

光波的这种定向性，在镜面式的反射光中保留了这种偏振性，而漫散式的反射光则丢失了。

这样就可以使用光线的偏振性使镜面眩光掠过摄像机镜头，来消除镜面反射光的影响。

强度：光照的强度会影响摄像机的曝光，光线不足则意味着低对比度，就要加大放大倍数，就可能同时将噪音放大，也可能会使镜头的光圈加大，但景深减小了，增加了散热的可能？反过来，强度过大会浪费能量，并带来散热的问题。

均匀性：在所有的机器视觉应用中，都会要求均匀的光照，因为所有的光源随着距离的增加和照射角的偏离，其照射强度减小，所以在对大面积物体照明时，会带来较大的问题，有时只能做到视场的中心位置保持均匀。

二、影响机器视觉照明的几个特性1、反射特性：从物体反射入射光的性能，有二种很不同的反射特性。

1）、镜面式反射：光线的反射角等于入射角。

镜面式反射有时用途很大，有时又可能产生极强的眩耀。

在大多数情况应避免镜面反射。

2）、漫散：照射到物体上的光从各个方向漫散出去。

机器视觉光源的种类、特点、性能及其选择第一篇：机器视觉光源的种类、特点、性能及其选择1.机器视觉光源的种类光源是影响机器视觉系统输入的重要因素，因为它直接影响输入数据的质量和至少３０％的应用效果。

由于没有通用的机器视觉照明设备，所以针对每个特定的应用实例，要选择相应的照明装置，以达到最佳效果。

许多工业用的机器视觉系统用可见光作为光源，这主要是因为可见光容易获得，价格低，并且便于操作。

常用的几种可见光源是白帜灯、日光灯、水银灯和钠光灯。

但是，这些光源的一个最大缺点是光能不能保持稳定。

以日光灯为例，在使用的第一个１００小时内，光能将下降１５％，随着使用时间的增加，光能将不断下降。

因此，如何使光能在一定的程度上保持稳定，是实用化过程中急需要解决的问题。

另一个方面，环境光将改变这些光源照射到物体上的总光能，使输出的图像数据存在噪声，一般采用加防护屏的方法，减少环境光的影响。

由于存在上述问题，在现今的工业应用中，对于某些要求高的检测任务，常采用ｘ射线、超声波等不可见光作为光源。

但是在一般的应用中，LED机器视觉光源逐渐成为主角。

2.LED机器视觉光源特点LED光源有以下几个特点：1、使用寿命长，一万到三万小时左右。

2、LED光源是由很多个LED颗粒摆列组成，可以组成不同形状不同角度的光源。

3、LED颗粒有不同的颜色不同的波长，用户可以根据检测对象的特征选用不同波长的光源，以突出检测特征从而达到理想的效果。

4、稳定性好。

LED光源相对其他光源来说，稳定性大大增强，更加有利于为系统提供高品质的图像。

3.LED光源的照明方式由光源构成的照明系统按其照射方法可分为：背向照明、前向照明、结构光和频闪光照明等。

其中，背向照明是被测物放在光源和相机之间，它的优点是能获得高对比度的图像，LED面光源和平行光源是这样使用的，常用来突出产品的轮廓，比如工件的尺寸测量就是使用这种方法。

前向照明是光源和相机位于被测物的同侧，这种方式便于安装，比如条形光源，同轴光源，环形光源，圆顶光源，线光源等都是使用这样的用法，这是最常用的照明方式。

光源基础知识使目标上的感兴趣区域与其它区域有尽可能大的区别。

在确定了光源和照明方式后，设计照明系统最后一步也是最重要的一步就是实验。

在现实世界中，目标表面特性并非单一，光源与目标物体的相互作用往往是各种现象的组合，有些难以用理论做出准确的描述。

通过实验可以验证设计的正确性，同时在实验中，改变影响图像的因素，如：目标在视场中的位置及相对于光源的角度，光源的亮度等，可以进一步验证系统的可靠性和稳定性。

总之，设计光源系统，最终目的是：最大程度地增强感兴趣特征的对比度，抑制和减少目标上其它部分的影响，抑制外部环境的影响。

下面简单介绍机器视觉照明技术中的一些基本概念。

光源能够实现照明的光源有许多种类型，但在机器视觉中，应用最多的是卤素灯、荧光灯和LED灯。

近些年来，LED技术发展很快，加上其固有的一些特点，如：寿命长、亮度稳定、可构成不同形状和光谱、可频闪和功耗低等，逐渐在机器视觉使用的光源中占主导地位。

当然，在色彩检测中，荧光灯以其色还原性好的特点仍有大量应用，在高亮度应用场合，卤素灯还有自己的优势。

亮场照明和暗场照明亮场照明和暗场照明描述光源和摄像机的相对位置，是机器视觉照明技术中常见术语之一。

在摄像机垂直于被检测目标的情况下，亮场照明和暗场照明的定义是：假设检测目标具有平坦、光滑的表面（镜面），摄像机处置放在目标中心的上方，由图可见，在“W”二个“V”内发出的光，经目标表面反射，全部落在镜头的范围内，称作亮场照明；而从在“W”二个“V”外发出的光，经目标表面反射，没有光线落入镜头的范围内，称作暗场照明。

当目标表面有缺陷时，如：等，亮场照明，缺陷部位的反射光不再落入镜头的范围，形成低灰度值区，与背景产生反差；暗场照明正好相反，缺陷部位的反射光进入镜头，产生高灰度值区。

亮场照明和暗场照明的概念还可以推广到摄像机不是和目标表面垂直的场合，如图所示：前照明和背光照明前照明和背光照明是描述摄像机、光源和被检测目标相对位置的。

上海嘉肯光电科技有限公司:机器视觉光源的研发机器视觉光源的认识随着机器视觉技术的发展，对于机器视觉光源的需求也逐渐增多。

而机器视觉光源产品的增多，技术的提高，机器视觉光源的应用状况将由初期的低端转向高端。

由于机器视觉光源的介入，自动化将朝着更智能、更快速的方向发展。

机器视觉光源是影响机器视觉系统图像水平的重要因素，光源选择的诀窍归结到一点就是如何控制物体的光线反射。

如果反射光可以较好的控制，那么采集的图像也就可以控制。

设计光源系统，最终目的是：最大程度地增强感兴趣特征的对比度，抑制和减少目标上其它部分的影响，抑制外部环境的影响。

机器视觉光源系统的主要特点是提高生产的柔性和自动化程度。

在机器视觉应用领域，机器视觉光源是相当重要的，如果没有一个好的光源效果，可能被测特征就不明显，导致的结果就是机器视觉系统有可能不稳定，或者是测量精度不高。

上海嘉肯光电科技有限公司:机器视觉光源的研发 对于自动化生产来讲，光源只能说是机器视觉中的一个小配件，其扮演的角色，还不是男一号、女一号。

而机器视觉检查设备或系统才是最重要部分，系统易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。

早在N年前，机器视觉应用就使用了光源，那时候LED还没有普及时，项目中使用的是荧光灯或日光灯之类的。

所以，机器视觉使用光源，是比较早的事情了，基本上与机器视觉发展是同步的。

机器视觉光源发展到今天，其实已经不是什么高科技了，无论是早期的日光灯、荧光灯、卤素灯，还是现在的市场上主流的LED光源，入门、研发、设计，都是非常容易的事情。

民用照明都开始普及LED了，工业上还会有多大门槛？可以说，现在机器视觉领域所有的关键分支，光源是最简单的。

机器视觉光源门槛不高，不代表机器视觉就没有门槛。

机器视觉本身，还是非常高科技的，特别是一些底层的东西，如图像处理算法，CCD，CMOS，图像处理芯片，高精度工业镜头等，基本上国内没有比较成型的、有优势的产品。

上海嘉肯光电科技有限公司:机器视觉光源的研发上海嘉肯光电科技有限公司是一家专业从事机器视觉光源的研发、生产和销售为一体的高新技术企业。