機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)主要由圖像采集、圖像處理和分析、輸出或顯示三部分組成。圖像采集是機(jī)器視覺(jué)的核心，圖像采集系統(tǒng)由光源、鏡頭和相機(jī)組成。光源的選擇和照明是否合理，可以直接影響至少30%的成像質(zhì)量。因此，光源是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中非常重要的一部分。

作用

通過(guò)適當(dāng)?shù)墓庠凑彰髟O(shè)計(jì)，可以將圖像中的目標(biāo)信息與背景信息分離，大大降低圖像處理算法分割識(shí)別的難度，提高系統(tǒng)的定位和測(cè)量精度，提高系統(tǒng)的可靠性和綜合性能。相反，如果光源設(shè)計(jì)不當(dāng)，圖像處理算法設(shè)計(jì)和成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)將事半功倍。因此，光源和光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗是決定系統(tǒng)成敗的首要因素。

照亮目標(biāo)，提高目標(biāo)亮度；

突出測(cè)量特點(diǎn)，簡(jiǎn)化圖像處理算法；

克服環(huán)境光的干擾，保證圖像的穩(wěn)定性，提高圖像的信噪比；

提高視覺(jué)系統(tǒng)的定位、測(cè)量、識(shí)別精度，以及系統(tǒng)的運(yùn)行速度；

降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，形成最有利于圖像處理的成像效果；

分類(lèi)

1、環(huán)形光源

環(huán)形光源提供不同的照射角度和顏色組合，可以突出物體的三維信息；高密度LED陣列，高亮度；各種緊湊設(shè)計(jì)，節(jié)省安裝空間；解決對(duì)角照射陰影問(wèn)題；可選擇漫射板導(dǎo)光，光線均勻擴(kuò)散。應(yīng)用領(lǐng)域:PCB基板檢測(cè)、IC元件檢測(cè)、顯微鏡照明、液晶校正、塑料容器檢測(cè)、集成電路印刷檢查。

2、背光源

采用高密度LED陣列表面提供高強(qiáng)度背光，可突出物體的輪廓特征，特別適合作為顯微鏡的載體平臺(tái)。紅白背光源，紅藍(lán)背光源，可分配不同顏色，滿(mǎn)足不同被測(cè)物體的多色要求。應(yīng)用領(lǐng)域：機(jī)械零件尺寸測(cè)量、電子元件、IC外觀測(cè)試、膠片污點(diǎn)測(cè)試、透明物體劃痕測(cè)試等。

3、條形光源

條形光源是大方形結(jié)構(gòu)的光源；顏色可根據(jù)需要自由組合；照明角度和安裝可隨意調(diào)整。應(yīng)用領(lǐng)域：金屬表面檢查、圖像掃描、表面裂紋檢測(cè)、LCD面板檢測(cè)等。

4、同軸光源

同軸光源可消除物體表面不均勻引起的陰影，減少干擾；部分采用分光鏡設(shè)計(jì)，減少光損失，提高成像清晰度，均勻照射物體表面。應(yīng)用領(lǐng)域：系列光源最適用于高反射物體，如金屬、玻璃、膠片、晶片等表面劃痕檢測(cè)、芯片和硅晶片損壞檢測(cè)、Mark點(diǎn)定位、包裝條碼識(shí)別等。

5、AOI專(zhuān)用光源

不同角度的三色光照明突出了焊接的三維信息；加上漫射板導(dǎo)光，減少反射；不同角度的組合；應(yīng)用領(lǐng)域：用于電路板焊接檢測(cè)。

6、球積分光源

具有積分效果的半球面內(nèi)壁均勻反射從底部360度發(fā)出的光，使整個(gè)圖像的照度非常均勻。應(yīng)用領(lǐng)域：適用于曲面、表面凹凸、弧形表面檢測(cè)，或金屬、玻璃表面反射強(qiáng)烈的物體表面檢測(cè)。

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(xù)檢測(cè)場(chǎng)合。應(yīng)用領(lǐng)域:陣相機(jī)照明、AOI。

8、點(diǎn)光源

大功率LED，體積小，發(fā)光強(qiáng)度高；光纖鹵素?zé)舻奶娲?，特別適用于鏡頭的同軸光源；高效散熱裝置，大大提高了光源的使用壽命。應(yīng)用領(lǐng)域：適用于芯片檢測(cè)、Mark點(diǎn)定位、晶片和液晶玻璃基礎(chǔ)校正。

9、組合條形光源

四面配有條形光，各照明獨(dú)立可控；所需照明角度可根據(jù)被測(cè)物體的要求進(jìn)行調(diào)整，適用性廣。應(yīng)用案例：CB基板檢測(cè)、IC元件檢測(cè)、焊接檢測(cè)、Mark點(diǎn)定位、顯微鏡照明、包裝條形碼照明、球形物體照明等。

10、對(duì)位光源

對(duì)位速度快；視場(chǎng)大；精度高；體積小，易于檢測(cè)和集成；亮度高，可以選擇輔助環(huán)形光源。應(yīng)用領(lǐng)域:VA系列光源是自動(dòng)電路板印刷機(jī)對(duì)位的專(zhuān)用光源。

LED光源特性

目前，LED（發(fā)光二極管）主要用于機(jī)器視覺(jué)光源。由于其形狀自由度高、使用壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快、單色性能好、色彩多樣、綜合性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，在行業(yè)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用：

?形狀自由度

LED光源由許多單個(gè)LED組成，因此與其他光源相比，它可以做成更多的形狀，更容易根據(jù)用戶(hù)的情況設(shè)計(jì)光源的形狀和尺寸。

?使用壽命長(zhǎng)

為了使圖像處理單元得到準(zhǔn)確、重復(fù)的測(cè)量結(jié)果，照明系統(tǒng)必須確保在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)提供穩(wěn)定的圖像輸入。LED光源在連續(xù)工作1萬(wàn)到3萬(wàn)小時(shí)后，亮度下降，但比其他類(lèi)型的光源要好得多。此外，使用控制系統(tǒng)間歇工作可以抑制發(fā)光管加熱，使用壽命翻倍。

?響應(yīng)速度快

LED發(fā)光管響應(yīng)時(shí)間很短。響應(yīng)時(shí)間的真正意義是確保多個(gè)光源之間或不同光源區(qū)域之間的工作切換。當(dāng)使用專(zhuān)用控制器為L(zhǎng)ED光源供電時(shí)，照度時(shí)間小于10秒

?顏色多樣

除了光源的形狀，獲得穩(wěn)定圖像輸入的另一個(gè)方面是選擇光源的顏色。即使是相同形狀的光源，由于顏色的不同，圖像也會(huì)有很大的不同。事實(shí)上，如何利用光源顏色的技術(shù)特性來(lái)獲得對(duì)比度的圖像效果一直是光源開(kāi)發(fā)的主要方向。

?綜合運(yùn)營(yíng)成本低

選擇性能不保證的低成本產(chǎn)品，投資的節(jié)約很快就會(huì)被日常維護(hù)和維護(hù)成本所抵消。其他光源不僅耗電量是LED光源的2-10倍，而且?guī)缀趺總€(gè)月都會(huì)更換，浪費(fèi)了維修工程師很多寶貴的時(shí)間。而且投入使用的光源越多，設(shè)備更換和人工成本就越高。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，選擇壽命長(zhǎng)的LED光源是非常經(jīng)濟(jì)的。

如何選擇

?環(huán)境要求分析

1、了解客戶(hù)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行的要求，確定工業(yè)相機(jī)、光源和被測(cè)物體之間的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系。

確定的參數(shù)有：視場(chǎng)(FOV),工作距離(WD)；

2、空間結(jié)構(gòu)包括：直射、側(cè)射、背部照射；

直接結(jié)構(gòu)光源-部分環(huán)形光源、同軸光源、圓頂光源；

側(cè)射光源-部分環(huán)形光源、條形光源、線光源、點(diǎn)光源；

背部照射-方形背光源，條形背光源。

?物體表面紋理和顏色分析

1、物體表面是曲面還是平面？物體表面光滑嗎？反射強(qiáng)嗎？

圓頂光源應(yīng)用于曲面檢測(cè)，同軸光源應(yīng)用于光滑平面，明視場(chǎng)光源應(yīng)用于粗糙平面。

2、物體的透光性如何？

IR光源可用于透光性好的物體。

3、區(qū)分背景(我們不需要檢測(cè))是什么顏色，前景(我們需要檢測(cè))是什么顏色？

好的光源是對(duì)比度好－－-背景和前景都很清楚。

4、前景的顏色變化很大

應(yīng)使用彩色光源和白色光源；

?選擇總結(jié)

1、前景和背景之間需要更大的對(duì)比度–考慮使用黑白相機(jī)和彩色光源

2、環(huán)境光的問(wèn)題–嘗試使用單色光源，配備濾鏡

3、閃光曲面?–試著用散射圓頂光

4、閃光、平坦但粗糙的表面–試著用同軸散射光

5、看看表面的形狀–考慮使用暗視場(chǎng)(低角)

6、檢測(cè)塑料時(shí)–嘗試使用紫外線或紅外光

7、需要通過(guò)反射的表面來(lái)看特征？–嘗試使用低角度線光源(暗視場(chǎng))

8、組合光源有時(shí)可以解決問(wèn)題

9、頻閃能產(chǎn)生比常亮照明強(qiáng)20倍的光

如何打光

?一般目的照明：

一般照明一般采用環(huán)形或點(diǎn)形照明。環(huán)燈是一種常用的一般照明方法，易于安裝在鏡頭上，可為漫反射表面提供足夠的照明。

?背光照明：

背光是將光源放置在相對(duì)于相機(jī)的物體的背面。這種照明方法與其他照明方法有很大的不同，因?yàn)閳D像分析不是水光，而是入射光。背光產(chǎn)生了很強(qiáng)的對(duì)比度。當(dāng)應(yīng)用背光技術(shù)時(shí)，物體的表面特征可能會(huì)丟失。例如，背光技術(shù)可以用來(lái)測(cè)量硬幣的直徑，但不能判斷硬幣的正面和背面。

?同軸照明：

同軸照明是指與相機(jī)軸向相同方向的光照射到物體表面。同軸照明使用一種特殊的半反射鏡反射光源到相機(jī)的透鏡軸方向。半反射鏡只允許垂直于透鏡的光源從物體表面反射。同軸照明技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)具有鏡面特征的扁平物體表面的均勻照明非常有用。此外，該技術(shù)還可以改變表面角度