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光源的类型/种类
发表时间:2020-07-03
1、为什么要使用光源

目的将被测物体与背景分离,获取高质量、高对比度的图像,好的光源可以很大程度上减少无关的背景信息,突出被测物体的特征。

重要性:直接影响处理精度和速度,甚至机器视觉系统的成败,优秀的打光工程能够降低算法开发的难度。


2、光源的种类

理想的光源应该是明亮、均匀、稳定的。选择光源主要考虑以下几个方面:

(1) 对比度:给被检测物体打光的根本目的就是提高缺陷与背景的对比度,将缺陷凸显出来,便于机器视觉算法进一步处理。它是光源选择的最重要参考之一。

(2) 均匀性:不均匀的照明会给后期的图像处理带来诸多不便,甚至会使得采集的图像变得没有处理的价值。例如光滑的零件会产生镜面反射,因此会在其表面产生耀眼的光斑,如果缺陷刚好被光斑覆盖,就会出现漏检或者误检的情况。 

(3) 亮度:亮度太大的话,缺陷可能会被淹没,亮度太小,缺陷的对比度可能也会不明显,打光也就失去了原有的意义,所以要合理选择光源的亮度。 

(4) 稳定性:是指光源在一个时间范围之内稳定的发光。 

(5) 成本与寿命:价格很高的不一定是最合适的,也不一定承受的起。光源的使用寿命越长越好,一来可以减少开支,二来可以减少更换光源带来的系统调整。 

视觉系统使用的光源主要有三种:高频荧光灯、卤素灯和LED(发光二极管)光源等,其性能对比如下图所示。


3、LED光源

3.1 LED光源的优势

LED 灯的综合性能最佳,广泛应用于机器视觉领域。LED灯具有以下优势:

  • 形状自由度高,可以组合成各种形状、尺寸,能够自由调整照射角度,可以根据客户需要定制;

  • 可以根据需要制成各种颜色,并可以随时调整亮度;

  • 光源散热性好,光亮度稳定,使用寿命长,可连续使用约数万小时;

  • 反应快捷,可在极短时间内达到最大亮度;

  • 运行成本低,性价比较高


3.2 LED光源的颜色

LED光源主要有红色、蓝色、白色和绿色等,每种类型的LED等都有其特别的光谱,CCD摄像机的灵敏度受光谱的影响。

颜色通过色相(Hue)、饱和度(Saturation)和明亮度(Value)来表示,即我们常说的HSV。在有彩色中,红、蓝、黄等颜色的种类即称为“色相(Hue)”,饱和度(Saturation)是指颜色的鲜艳度,表示色相的强弱,明亮度(Value)表示颜色的明暗程度。HSV的关系用一张图来表示如下。不同颜色的光源所产生的效果也不同,在选择颜色时要确定被照物体的外形、状态、颜色及被照明部分,再根据色相性原理来选择合适的颜色。


4、照明技术的基础知识

光的反射:指光在传播到不同物质时,在分界面上改变传播方向又返回原来物质中的现象。在反射中,光的反射角等于入射角。光在真空中呈直线传播。

光的折射:光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向发生改变,从而使光线在不同介质的交界处发生偏折。光在真空中的偏折角度最大。

光的透射:当光入射到透明或半透明材料表面时,一部分被反射,一部分被吸收,还有一部分可以透射过去。被透射的物体为透明体或半透明体,如玻璃,滤色片等。透射率受物体材质和厚度的影响,光的波长越长,对物质的透射能力越强。

照明光的光照方式有以下几种:直射光、漫射光、偏光及平行光。

直射光:直射光为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

漫射光(扩散光):各种角度的光混合在一起。日常中的生活用光几乎都是扩散光。

偏光:在垂直于传播方向的平面内,光矢量只沿着某一个固定方向振动的光,通常是利用偏光板来阻止特定方向的反射。

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。