机器视觉光源选择方法

光源选型原理及使用方法上海图星电子科技有限公司张勤健机器视觉集成---光源篇索引光源的重要性光源的需求分析（用途）光源颜色照射方式（结构与角度）打光过程中常用的辅助手段照明系统的指导方法解决问题的一般过程其他因素光源选择的注意事项案例分析不同光源将直接影响图像的成像质量和效果不同的应用场合，光源的重要性体现（比重）光源的重要性10％？30％？60％？......选择合适的光源，可突显良好的图像效果（特征点），可以简化算法，提高检测精度、保证检测系统的稳定性。由上图可见不同的光源产生了完全不同的成像效果，从而也导致不同的检测算法（优选及简化）。光源的需求分析任务：检测（识别）、测量、定位、条形码、字符识别、三维扫描等。性能要求：如检测内容、检测速度、检测精度等。其他配合：如相机、镜头、软件、安装方式等光源颜色光谱图（波长-频率）色温谱（暖-冷）常用光源颜色有：白色、蓝色、红色、绿色、红外、紫外。LED光源型号参数示意图代码颜色波长（nm）R红625G绿517B蓝465V紫400W白色温：5500kIR红外850UV紫外385光源颜色白色光源（W）白色光源通常用色温来界定,色温高的颜色偏蓝色(冷色，色温5000K)，色温低的颜色偏红(暖色，色温3300K)，界于3300与5000K之间称之为中间色，白色光源适用性广，亮度高，特别是拍摄彩色图像时使用更多。蓝色光源（B）蓝色光源波光为430-480之间，适用产品：银色背景产品（如钣金，车加工件等）、薄膜上金属印刷品光源颜色红色光源（R）红色光源的波长通常在600-720之间，其波长比较长，可以透过一些比较暗的物体，例如底材黑色的透明软板孔位定位、绿色线路板线路线路检测，透光膜厚度检测等，采用红色光源更能提高对比度；绿色光源（G）绿色光源波长510-530，界于红色与蓝色之间，主要针对产品：红色背景产品，银色背景产品（如钣金，车加工件等）。光源颜色红外光（IR）红外光的波长一般为780-1400，我司大多采用940波长的红外光，红外光属于不可见光，其透过力强。一般LCD屏检测、视频监控行业应用比较普遍；紫外光（UV）紫外光的波长一般为190-400，我司主要采用385波长的紫外光，其波长短，穿透力强，主要应用于证件检测、触摸屏ITO检测、布料表面破损、点胶溢胶检测等方面，金属表面划痕检测等；光源颜色特点：是一种波长范围在0.01nm到10nm之间的电磁波，波长短，透视效果良好（密度，通透量，阴影，灰阶图）。应用：工业上应用广泛，常用于各种行业的透视检测X-Ray射线检测女鞋光源颜色主色：红、黄、蓝、绿右图中，绿色背景采用红色光源提高对比度（灰阶图像）通过互补色增加对比度互补色：也称为对比色，互补色在色环（右图）上相互对应。两种互补色等强度混合可以得到白色。如果希望更加鲜明地突出某些颜色，则选择色环上想对应的互补颜色，这样可以明显地提高图像的对比度。合理运用颜色过滤背景光源颜色红色光源白色光源红色的光源过滤掉红色的文字光源颜色提高光源的显色性显色性好的光源可以比较真实的还原物体的真实原色。采用自然光源可提高颜色的显色性光源的照射方式照射方式光源是影响机器视觉图像质量的重要因素，照明对输入数据的影响至少占到30%。好的打光方式可以准确捕捉物体特征，提高物体与背景的对比度。常见的打光方式有以下几种：u前面打光法u后面打光法u结构光打光法u混合多方式照明u特殊式照射方式角度照射特点：在一定工作距离下，光束集中、亮度高、均匀性好、照射面积相对较小。常用于液晶校正、塑胶容器检查、工件螺孔定位、标签检查、管脚检查、集成电路印字检查等(30、45、60、75等角度环光*)。应用*不同的光源公司对角度的定义不同，在选购合适的光源的同时要慎重照射方式垂直照射特点：照射面积大、光照均匀性好、适用于较大面积照明。可用于基底和线路板定位、晶片部件检查等（0角度环光、面光源*）。应用*不同的光源公司对角度的定义不同，在选购合适的光源的同时要慎重照射方式低角度照射特点：对表面凹凸表现力强。适用于晶片或玻璃基片上的伤痕检查（90度环光*）应用*不同的光源公司对角度的定义不同，在选购合适的光源的同时要慎重照射方式背光照射特点：发光面是一个漫射面，均匀性好。可用于镜面反射材料，如晶片或玻璃基底上的伤痕检测；LCD检测；微小电子元件尺寸、形状，靶标测试。（背光源、平行背光源）应用照射方式多角度照射特点：RGB三种不同颜色不同角度光照，可以实现焊点的三维信息的提取。适用于组装机板的焊锡部份、球形或半圆形物体、其它奇怪形状物体、接脚头（AOI光源）应用照射方式特点：360度底部发光，通过碗状内壁发射，形成球形均匀光照。用于检测曲面的金属表面文字和缺陷。（球积分光源，通常也叫圆顶光）碗状光照明应用同轴光照明特点：类似于平行光的应用，光源前面带漫反射板，形成二次光源，光线主要趋于平行。用于半导体、PCB板、以及金属零件的表面成像检测，微小元件的外形、尺寸测量。（同轴光源，平行同轴光源）应用照射方式护照检测：同轴光，条形光，环形光，组合使用，以适应各种缺陷对位装置：环形光，同轴光，既能实现Mark点定位，又能实现检测功能多色组合光源：应轻松应对不同颜色的工件其他光源及照射方式照射方式照射方式当目前标准光源产品不能满足要求时，就需要进行非标准的选型与设计。我公司可为客户提供非标准光源的定制。客户提出想法或者要求通过实验确定设计方案和客户讨论方案可行性产品试制协助客户使用辅助手段机器视觉系统是一门应用性很强的系统工程，不同的工厂，不同的生产线，不同的工作环境对光源亮度，工作距离，照射角度等的要求差别很大。有时受限于具体的应用环境，不能直接通过光源类型或照射角度的调整而获取良好的视觉图像，我们就常常需要借助于一些特殊的辅助光学器件。常见的辅助光学器件有：反射镜：反射镜可以简单方便的改变优化光源的光路和角度，从而为光源的安装提供了更大的选择空间。分光镜：分光镜通过特殊的镀膜技术，不同的镀膜参数可以实现反射光和折射光比例的任意调节。机器视觉光源中的同轴光就是分光镜的具体应用。棱镜：不同频率的光在介质中的折射率是不同的，根据光学的这一基本原理可以把不同颜色的复合光分开，从而得到频率较为单一的光源。辅助手段偏振片：光线在非金属表面的反射是偏振光，借助于偏振片可以有效的消除物体的表面反光。同时，偏振片在透明或半透明物体的应力检测上也有很好的应用。漫射片：漫射片是机器视觉光源中比较常见的一种光学器件，它可以使光照变得更均匀，减少不需要的反光。光纤：光纤可以将光束聚集于光纤管中，使之想水流一样便于光线的传输，为光源的安装提供了很大的灵活性。打光的指导方法指导方法光源选型时打光的指导方法：1.光线太暗或太亮会影响视觉系统。2.光线的主要功能是产生光学信号。3.减少噪声是照明要解决的主要问题之一。4.只有来自目标并到达镜头的光线才是有效的光线。5.进入镜头但非来自目标的光线为杂散光，它将降低图像摄取装置的成像质量。6.来自目标的任意光线都应填满镜头的入瞳。其他因素市场上各种机器视觉光源越来越多，如何选择一款适合项目需求的光源产品，是摆在很多应用工程师面前的一个难题。这个问题本身很难总结出一个千篇一律的结论，我们这里只是提出一些需要加以注意的地方供大家参考。u光源设计主要包括光源设计的是否合理，视场内光照是否均匀，扩展性（可否加装漫射板，偏光镜等）是否良好，安装是否方便等。u产品质量产品质量问题是我们尤其需要关注的问题。它包括芯片的使用寿命，亮度衰减快慢，色温范围，发光均匀性，散热合理性等问题。u性价比优越的性价比是一个优秀的企业采购者的极致追求。u工作距离不同的光源的最佳工作距离是不同的。在实际应用由于场地，环境的限制，工作距离尤其需要引起我们的注意。u技术支持良好的技术支持是项目得以顺利进行的保障。解决问题的一般过程光源选型的一般过程如下：1.提出问题2.定义检测目标3.收集制定完整的规格列表4.可行性研究：a这个零件是如何被肉眼看到的；b这个零件将如何照射其上的光学特性；c将自己想成这个零件5.概念设计6.实验室的反复试验7.原型产品生产8.试用、反馈、改进9.批量生产、制造。注意事项光源选择的注意事项1、镜头的工作距离；2、现场的安装障碍；3、照明对象的现场实际情况；4、照明对象特征是否存在特殊性；5、图像是否需要彩色；6、安装的便利性；7、成本；满足应用，综合考虑，理论分析，最后实验验证。光源选择要领条光选型要领：1、条光照射宽度最好大于检测的距离，否则可能会照射距离远造成亮度差，或者是距离近而幅射面积不够；2、条光长度能够照明所需打亮的位置即可，无须太长造成安装不便，同时也增加成本,一般情况下，光源的安装高度会影响到所选用条光的长度，高度越高，光源长度要求越长，否则图像两侧亮度传经比中间暗；3、如果照明目标是高反光物体，最好加上漫射板，如果是黑色等暗色不反光产品，也可以拆掉漫射板以提高亮度；光源选择要领环光选型要领：1、了解光源安装距离，过滤掉某些角度光源；例如要求光源安装尺寸高，就可以过滤掉大角度光源，选择用小角度光源，同样，安装高度越高，要求光源的直径越大；2、目标面积小，且主要特性在表面中间，可选择小尺寸0角度或小角度光源；3、目标需要表现的特征如果在边缘，可选择90度角环光，或大尺寸高角度环形光；4、检测表面划伤，可选择90度角环光，尽量选择波长短的光源；光源选择要领条形组合光选型要领：1、条形组合光在选择时，不一定要按照资料上的型号来选型，因为被测的目标形状、大小各不一样，所以可以按照目标尺寸来选择不同的条形光源进行组合；2、组合光在选择时，一定要考虑光源的安装高度，再根据四边被测特征点的长度宽度选择相对应的条形光进行组合；光源选择要领背光源/平行背光源造型要领1、选择背光源时，根据物体的大小选择合适大小的背光源，以免增加成本造成浪费；2、背光源四周一条由于的外壳遮挡，因此其亮度会低于中间部位，因此，选择背光源时，尽量不要使目标正好位于背光源边缘；3、背光源一般在检测轮廓时，可以尽量使用波长短的光源，波长短的光源其衍射性弱，图像边缘不容易产生重影，对比度更高；4、背光源与目标之间的距离可以通过调整来达到最佳的效果，并非离得越近效果越好，也非越远越好；6、检测液位可以将背光源侧立使用；5、圆轴类的产品，螺旋状的产品尽量使用平行背光源；光源选择要领同轴光造型要领1、选择同轴光时主要看其发光面积，根据目标的大小来选择合适发光面积的同轴光；2、同轴光的发光面积最好比目标尺寸大1.5~2倍左右,因为同轴光的光路设计是让光路通过一片45度半反半透镜改变,光源靠近灯板的地方会比远离灯板的亮度高,因此,尽量选择大一点的发光面避免光线左右不均匀;3、同轴光在安装时尽量不要离目标太高，越高，要求选用的同轴光越大，才能保证才均匀性；光源选择要领平行同轴光选型要领：1、平行同轴光光路设计独特，主要适用于检测各种划痕；2、平行同轴光与同轴光表现的牲点不一样，不能替代同轴光使用；3、平行同轴光检测划伤之类的产品，尽量不要选择波长长的光源；打光要点分析其他光源选型要领：1、了解特征点面积大小，选择合适尺寸的光源；2、了解产品特性，选择不同类型的光源；3、了解产品的材质，选择不同颜色的光源；4、了解安装空间及其他可能会产生障碍的情况，选择合适的光源；案例分析案例分析检测的内容主要有水印、微缩文字、人图象、证件的有效时间、以及其他暗号。需要多种光源(同轴光,组合条光,条光)组合使用。护照检测案例分析水印：365nm8000K亮度在8000MCD4500K水印：365nm案例分析940nm585nm＋365nm365nm假护照案例分析酒瓶盖条码检测检测的内容主要有条码识别、条码打标位置是否偏离；使用光源：204mm、60度蓝光单个瓶盖要求装在包装箱里检测案例分析选型分析：1、了解产品特性：瓶盖上面是黑色，另有红黑交错背景图案，条码为激光刻印显灰色，为了显现出条码，应该将字符打亮，背景与字符分辨明显；我们如果选用红色光