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機器視覺中光源的選擇
來源: | 作者:yfauco | 發布時間: 768天前 | 3072 次瀏覽 | 分享到:

在機器視覺系統中,獲得一張高質量的可處理的圖像是至關重要。系統之所以成功,首先要保證圖像質量好,特征明顯,。一個機器視覺項目之所以失敗,大部分情況是由于圖像質量不好,特征不明顯引起的。要保證好的圖像,必須要選擇一個合適的光源。一幅好的圖象具備以下條件:

1.  對比度明顯,目標與背景的邊界清晰

2.  背景盡量淡化而且均勻,不干擾圖象處理;

3.  與顏色有關的還需要顏色真實,亮度適中,不過度曝光。

4.  整體亮度均勻,整體不均勻灰度差不影響圖象處理;



針對每個特定的應用實例,要選擇相應的照明裝置,以達到最理想的應用效果。選擇合適的照明裝置,可以起到改善整個系統的分辨率,簡化軟件的運算的目標:

1、照亮目標,提高亮度;

2、用作測量的工具或參照物;

3、克服環境光干擾,保證圖象穩定性;

4、形成有利于圖象處理的效果。



由此我們可以總結出光源選型的三個基本要素:   

對比度:對比度對機器視覺來說非常重要。機器視覺應用的照明的最重要的任務就是使需要被觀察的特征與需要被忽略的圖像特征之間產生最大的對比度,從而易于特征的區分。對比度定義為在特征與其周圍的區域之間有足夠的灰度量區別。好的照明應該能夠保證需要檢測的特征突出于其他背景。



亮度:當選擇兩種光源的時候,最佳的選擇是選擇更亮的那個。當光源不夠亮時,可能有三種不好的情況會出現。第一,相機的信噪比不夠;由于光源的亮度不夠,圖像的對比度必然不夠,在圖像上出現噪聲的可能性也隨即增大。其次,光源的亮度不夠,必然要加大光圈,從而減小了景深。另外,當光源的亮度不夠的時候,自然光等隨機光對系統的影響會最大。



魯棒性:另一個測試好光源的方法是看光源是否對部件的位置敏感度最小。當光源放置在攝像頭視野的不同區域或不同角度時,結果圖像應該不會隨之變化。方向性很強的光源,增大了對高亮區域的鏡面反射發生的可能性,這不利于后面的特征提取。



好的光源需要能夠使你需要尋找的特征非常明顯,除了是攝像頭能夠拍攝到部件外,好的光源應該能夠產生最大的對比度、亮度足夠且對部件的位置變化不敏感。光源選擇好了,剩下來的工作就容易多了。具體的光源選取方法還在于試驗的實踐經驗,目前的主要光源的類別及各自特點:

1、環形光源

提供不同照射角度、不同顏色組合,更能突出物體的三維信息;高密度LED陣列,高亮度;多種緊湊設計,節省安裝空間;解決對角照射陰影問題;可選配漫射板導光,光線均勻擴散。應用于:PCB基板檢測,IC元件檢測,顯微鏡照明,液晶校正,塑膠容器檢測,集成電路印字檢查。 



2、背光源 

用高密度LED陣列面提供高強度背光照明,能突出物體。的外形輪廓特征,尤其適合作為顯微鏡的載物臺。紅白兩用背光源、紅藍多用背光源,能調配出不同顏色,滿足不同被測物多色要求。應用于:機械零件尺寸的測量,電子元件、IC的外型檢測,膠片污點檢測,透明物體劃痕檢測等。 



3、條形光源 

較大方形結構被測物的首選光源;顏色可根據需求搭配,自由組合;照射角度與安裝隨意可調。應用于:金屬表面檢查,圖像掃描,表面裂縫檢測,LCD面板檢測等。 



4、同軸光源  光的一致性好

可以消除物體表面不平整引起的陰影,從而減少干擾;部分采用分光鏡設計,減少光損失,提高成像清晰度,均勻照射物體表面。應用于:系列光源最適宜用于反射度極高的物體,如金屬、玻璃、膠片、晶片等表面的劃傷檢測,芯片和硅晶片的破損檢測,Mark點定位,包裝條碼識別。 

 

5、AOI專用光源 

不同角度的三色光照明,照射凸顯焊錫三維信息;外加漫射板導光,減少反光;不同角度組合;應用于:電路板焊錫檢測。 

  

6、球積分光源 

具有積分效果的半球面內壁,均勻反射從底部360度發射出的光線,使整個圖像的照度十分均勻。應用于:合于曲面,表面凹凸,弧形表面檢測,或金屬、玻璃表面反光較強的物體表面檢測。 



7、線形光源 

超高亮度,采用柱面透鏡聚光,適用于各種流水線連續檢測場合。:陣相機照明專用,AOI專用。 



8、點光源 

大功率LED,體積小,發光強度高;光纖鹵素燈的替代品,尤其適合作為鏡頭的同軸光源等;高效散熱裝置,大大提高光源的使用壽命。應用于:適合遠心鏡頭使用,用于芯片檢測,Mark點定位,晶片及液晶玻璃底基校正。 



 

9、組合條形光源 

四邊配置條形光,每邊照明獨立可控;可根據被測物要求調整所需照明角度,適用性廣。應用案例:CB基板檢測,IC元件檢測,焊錫檢查,Mark點定位,顯微鏡照明,包裝條碼照明,球形物體照明等。 



10、對位光源 

對位速度快;視場大;精度高;體積小,便于檢測集成;亮度高,可選配輔助環形光源。是全自動電路板印刷機對位的專用光源。



光源的選擇還要注意識別及思考以下幾個問題:

1、物體表面:如使機器視覺照明復雜化的是物體表面的變化造成的。如果所有物體表面是相同的,在解決實際應用的時候就沒有必要采用不同的光源技術了。但由于物體表面的不同,因此需要觀察視野中的物體表面,并分析光源入射的反映。



2、控制反射:如果反射光可以控制,圖像就可以控制。在涉及機器視覺應用的光源設計時,最重要的原則就是控制好哪里的光源反射到透鏡及反射的程度。機器視覺的光源設計就是對反射的研究。在視覺應用中,當觀測一個物體以決定需要什么樣的光源的時候,首先要弄清楚如何才能讓物體顯現?我如何才能應用光源使必須的光反射到鏡頭中以獲得物體外表?



3、光源可預測: 當光源入射到物體表面的時候,光源的反映是可以預測的。光源可能被吸收或被反射。光可能被完全吸收(黑金屬材料,表面難以照亮)或者被部分吸收(造成了顏色的變化及亮度的不同)。不被吸收的光就會被反射,入射光的角度等于反射光的角度,這個科學的定律大大簡化了機器視覺光源,因為理想的想定的效果可以通過控制光源而實現。

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