机器视觉光源选型及应用案例(PDF59页)

光源选型技巧及应用案例光源选型技巧及应用案例用一句常说的话来开头：机器视觉是用机器代替人眼来做测量和判断；机器视觉系统主要包含相机、镜头、光源、图像处理系统和执行机构。

而光源作为其中重要组成部分，直接关系到系统的成败。

为什么这样说呢，在视觉系统中图像是核心，选择合适的光源能够呈现一幅好的图像，能够简化算法提高系统稳定性，一幅图像如果曝光过度则会隐藏很多重要的信息；出现阴影则会引起边缘误判；图像不均匀则会导致阈值选择困难。

因此要保证有较好的图像效果，就必须要选择一个合适的光源。

机器视觉涉及行业广泛包含电子、汽车、包装、印刷、食品、医疗等。

因而我们面临的检测产品也是多种多样:形状大小不同、颜色材质不一、检测环境和指标各异。

面对种类繁多要求各异的检测产品如何选择光源呢，我们先来看一下常见的光源特性。

目前理想的视觉光源有高频荧光灯、光纤卤素灯、氙气灯、LED 光源。

应用最多是LED光源，这里就详细介绍几种常见的LED光源。

1、环形光源：LED灯珠排布成环形与圆心轴成一定夹角，有不同照射角度、不同颜色等类型，可以突出物体的三维信息；解决多方向照明阴影问题；图像出现灯影情况可选配漫射板，让光线均匀扩散。

应用：螺丝尺寸缺陷检测，IC定位字符检测，电路板焊锡检查，显微镜照明等。

2、条形光源：LED灯珠排布成长条形。

多用于单边或多边以一定角度照射物体。

突出物体的边缘特征，可根据实际情况多条自由组合，照射角度与安装距离随有较好自由度。

适用较大结构被测物。

应用：电子元件缝隙检测，圆柱体表面缺陷检测，包装盒印刷检测，药水袋轮廓检测等。

3、同轴光源：经面光源采用分光镜设计。

适用于粗糙程度不同、反光强或不平整的表面区域，检测雕刻图案、裂缝、划伤、低反光与高反光区域分离、消除阴影等。

需要注意的是同轴光源经过分光设计有一定的光损失需要考虑亮度，并且不适用于大面积照射。

应用：玻璃和塑料膜轮廓和定位检测，IC字符及定位检测，晶片表面杂质和划痕检测等。

机器视觉光源在机器视觉系统中，获得一张高质量的可处理的图像是至关重要。

系统之所以成功，首先要保证图像质量好，特征明显。

一个机器视觉项目之所以失败，大部分情况是由于图像质量。

•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•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，处理精度和速度透明矿泉水瓶表面日期检测，通过打光使得原本不易区分的字符与背景区分开来，取得图像对比度。

色温波长照度灰度值色温是按绝对黑体来定义的，绝对黑体的辐射和光源在可见区的辐射完全相同时，此时黑体的温度就称此光源的色温。

低色温光源的特征是能量分布中，红辐射相对来说要多些，通常称为“暖光”；色温提高后，能量分布中，蓝辐射的比例增加，通常称为“冷光”。

指波在一个振动周期内传播的距离。

也就是沿着波的传播方向，相邻两个振动位相相差2π的点之间的距离。

波长λ等于波速V和周期T的乘积，即λ=VT。

同一频率的波在不同介质中以不同速度传播，所以波长也不同。

光照强度是指单位面积上所接受可见光的能量，简称照度[1] ，单位勒克斯（Lux或Lx）。

为物理术语，用于指示光照的强弱和物体表面积被照明程度的量。

指黑白图像中点的颜色深度，范围一般从0到255，白色为255，黑色为0，故黑白图片也称灰度图像，在医学、图像识别领域有很广泛的用途。

关键词基本概念基本概念波长VLight光源标准波长为：红光：625nm绿光：525nm蓝光：425nm紫外：375nm红外：850nm/940nm光源的种第一节 环形光源类与特点VLHX SERIESVlight环形光源涵盖0度，15度，30度，45度，60度，75度，90度打光案例环形光源一副好图片要满足：1，均匀性好：整幅图片的背景灰度值不能有过大差异2，对比度强：图像中需要提取的特征与背景的灰度值差值要大检测啤酒瓶盖隐形二维码，用环形UV光源取得效果检测金属工件表面激光字符，30度蓝色环形光源取得效果检测金属圆环的同心度，要求使用正面光，背景为反光金属，使用90度蓝色环形光源取得效果检测塑料大米袋表面字符，使用90度红色环形光取得效果图光源的种第二节 条形光源类与特点VLTX SERIESVlight条形光源分为三个系列，VLTX2（3排led）,VLTX3(6排led)，VLTXX2（加长3排led）打光案例条形光源一副好图片要满足：1，均匀性好：整幅图片的背景灰度值不能有过大差异2，对比度强：图像中需要提取的特征与背景的灰度值差值要大插针定位，使用四根六排条形光45度打光，取得理想效果图布匹检测，有无勾丝，污点使用4根白色条形光取得效果图包装盒表面字符检测，表面有镀膜，较为反光，使用4根白色环形光源远距离低角度打光，取得效果包装盒表面字符检测，表面有镀膜，较为反光，使用4根白色环形光源远距离低角度打光，取得效果光源的种第三节 Dome碗型光源类与特点VLBWG SERIES碗型光源打光案例一副好图片要满足：1，均匀性好：整幅图片的背景灰度值不能有过大差异2，对比度强：图像中需要提取的特征与背景的灰度值差值要大同时检测4个易拉罐底部二维码，使用外径262碗灯取得效果图。

机器视觉中光源的特点及选择应用机器视觉是一种通过光学传感器等多种手段来捕捉并分析图像，从而实现自动检测及控制等自动化技术。

在机器视觉中，光源是至关重要的一个因素，光源的优劣与光源的选择将直接影响到图像获取的适宜性、成像质量以及处理效果等方面。

因此，本文将就机器视觉中光源的特点及选择应用进行详细地阐述。

1. 光源的种类在机器视觉中，可用的光源有多种类型，包括荧光灯、氙气灯、钨丝灯、LED灯等。

2. 光源的颜色光源的颜色对于图像的选择至关重要。

根据颜色的温度，可将光源分为冷光源和暖光源。

冷光源比较适合于追求精度和高亮度的应用，而暖光源则更多用于温和的应用以及成像效果对色彩的要求较高的领域。

3. 光源的亮度亮度是光源的一个非常关键的因素，可以通过灯泡的大小体积、功率等来进行调节。

在机器视觉中，光源的亮度决定了图像的清晰度和细节度。

一般来说，在机器视觉的应用中，需要对光源进行定制，以便实现对图像所需的光源强度的精确控制。

4. 光源的形式光源的形式决定了光束的散发结构及其能达到的场景范围。

常见的光源形式有点光源、线状光源及面散光源。

这些不同形式的光源适用不同的应用场景。

5. 光源的选择在进行光源的选择时，需要考虑到以下几个因素：1) 场景条件：光线越暗，光线控制就越需要得到侧重。

2) 对象的表面：不同的表面有不同的反光性，因此选择适宜的光源对于获得明确的成像效果是至关重要的。

3) 采集设备的类型：不同的摄像头有不同的基础要求，因此在进行光源的选择时需要根据采集设备的具体特点进行选择。

总之，机器视觉的光源对于机器视觉的应用以及图像处理有着非常大的影响。

因此在进行机器视觉设计及实践中，需要根据具体的采集目标，从多个角度出发综合考虑各因素，以便获得适宜的成像效果。

机器视觉硬件选型及应用案例烟台致瑞图像技术有限公司高志伟机器视觉典型结构机器视觉技术核心输出特征提取预处理采集图像机器视觉技术主要包括图像采集和图像处理两个过程，整体以图像为中心展开，如何得到一副好的图像，是关乎整个系统成败的关键。

图像采集器件选择相机•分辨率•感光性能•其它镜头•视野•畸变•分辨率•其它光源•成像效果•空间限制•其它配件•滤光•偏振•转向•……相机选型1.根据项目精度要求，确定相机分辨率；2.考虑相机帧率是否满足要求；3.根据项目情况选择合适的数据传输接口；4.确定使用黑白相机还是彩色相机；5.尺寸大小等其他问题。

镜头选型1.根据相机芯片大小和工作空间限制确定使用镜头的焦距或者放大倍数；2.考虑是否需要选用远心镜头；3.确定镜头分辨率；4.确定畸变率能否满足要求；5.景深是否满足要求；6.镜头是否兼容相机芯片尺寸；7.超大视野或超小视野；8.是否需要考虑透过光谱；9.镜头是否要配合其他配件；10.价格是否合理等其他问题。

光源选型Ø了解项目需求，明确要检测或者测量的目标；Ø分析目标与背景的区别，找出两者之间最可能差异大的光学现象；Ø根据光源与目标之间的配合关系，初步确定光源的发光类型；Ø拿实际光源测试，以确定满足要求的打光方式；Ø根据具体情况，确定适用于客户的产品。

常用经典配光方式方向漫射背光平行背光暗场配光明场配光无影光光谱白光单色光混合光近红外近紫外光波动光谱方向背光应用主要用于边缘提取、透明体内部不透明体检测、贯穿型缺陷检测、狭缝和通孔内杂质检测锯齿缺陷检测按键位置检测检测饮料瓶封装检测马达转子检测漫射背光存在的问题和解决办法暗场配光-低角度照射取、冲压、浇铸、浮雕图案识别与检测，光滑表面划伤、裂痕检测低角度照射-常用光源明场配光-高角度照射主要用于表面粗糙程度不同区域的区分、边缘或内部有垂直断差或者比较陡峭（超过60度）边缘检测或测量、光滑表面雕刻图案、裂缝、划伤、低反光与高反光区域分离等高角度照射-常用光源无影光应用可以避免弯曲表面导致的不均匀无影光胶囊缺陷检测平面无影光-银行卡平面无影光-银行卡案例目录偏振光应用ITO电路检测与定位多通道光源应用多向可控连续分布光源图形结构光应用裸板AOI大幅面表面检测偏振光应用偏振片（偏光片）自然光入射折射光垂直于反射光反射光为线偏振光Brewster定律自然光入射线偏振片线偏振光圆偏振片=线偏振片+1/4波片(45度)光入射圆偏振光偏振光应用反光偏振光应用反光贴膜旋光方案目录偏振光应用ITO电路检测与定位多通道光源应用多向可控连续分布光源图形结构光应用裸板AOI大幅面表面检测ITO电路检测与定位ITO(铟锡金属氧化物)具有很好的导电性和透明性，可以切断对人体有害的电子辐射、紫外线及远红外线，铟锡氧化物通常喷涂在玻璃、塑料及电子显示屏上，用作透明导电薄膜，同时减少对人体有害的电子辐射及紫外、红外辐射。

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。

CCD机器视觉光源选型案例近年来，随着机器视觉技术的不断发展和应用领域的不断扩大，CCD机器视觉光源的选择也变得越来越重要。

本文将以一个CCD机器视觉光源选型案例为例，从背景分析、需求分析、方案选择和实施评估四个方面进行讨论。

背景分析：汽车制造厂商生产线上的一个检测工位需要进行外观缺陷检测，该工位采用了CCD机器视觉技术。

然而，由于光线的不稳定性，该工位的检测结果存在较大的误差，需要替换光源以提高检测准确性。

因此，需要选择一种适合的CCD机器视觉光源。

需求分析：考虑到汽车外观的特殊性，对于光源的要求较高，需要具备以下特点：1.高亮度：能够提供足够的光亮度，确保CCD相机能够捕捉到高质量的图像。

2.均匀光照：能够提供均匀的光照，避免图像中出现阴影或明暗差异。

3.色温可调：能够根据具体的检测需求，调整光源的色温，以获得清晰的图像。

4.长寿命：能够长时间稳定工作，减少维护成本。

5.安全性：能够避免对工作人员或设备的二次污染。

方案选择：根据以上需求，我们可以选择一种适合的CCD机器视觉光源：1.LED光源：LED光源具有高亮度、均匀光照、调节色温和长寿命的特点。

2.滤光片：适用于外观缺陷检测的滤光片能够提供良好的颜色鉴别效果。

实施评估：在选择了LED光源和适用的滤光片后，需要进行实际效果的评估：1.测试光亮度：使用光度计对LED光源进行测试，检查其亮度是否能满足要求。

2.校正颜色温度：在实际工作环境中，根据具体的检测要求，调整LED光源的色温，观察图像质量的变化。

3.检测准确性评估：使用CCD相机进行外观缺陷检测，比较使用LED 光源前后的检测结果差异，评估LED光源对于检测准确性的影响。

4.维护成本评估：观察LED光源的使用寿命和维护成本，与之前的光源进行对比，评估其在长期使用中的经济性。

通过以上评估，可以得出以下结论：1.LED光源能够提供高质量的光亮度和均匀光照，能满足外观缺陷检测的要求。

2.调节LED光源的色温可以改善图像的清晰度和颜色鉴别效果。