一文了解机器视觉光源选型技巧及分类

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。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,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。

4、圆顶光源

LED灯珠安装在底部通过半球内壁反射涂层漫反射均匀照射物体。图像整体的照度十分均匀,适用反光较强金属、玻璃、凹凸表面、弧形表面检测。应用:仪表盘刻度检测,金属罐字符喷码检测,芯片金线检测,电子元件印刷检测等。

5、背光源

LED灯珠排布成一个面(底面发光)或者从光源四周排布一圈(侧面发光)。常用于突出物体的外形轮廓特征,适用于大面积照射,背光一般放置于物体底部需要考虑机构是否适合安装,在较高的检测精度下可以加强出光平行性来提升检测精度。应用:机械零件尺寸及边缘缺陷的测量,饮料液位及杂质检测、手机屏漏光检测,印刷海报缺陷检测,塑料膜边缘接缝检测等。

6、点光源

高亮LED,体积小,发光强度高;多用在配合远心镜头使用,一种非直接同轴光源,检测视野较小。应用:手机内屏隐形电路检测,MARK点定位,玻璃表面划痕检测,液晶玻璃底基校正检测等

7、线光源

高亮LED排布,采用导光柱聚光,光线呈一条亮带,通常用于线阵相机,采用侧向照射或底部照射,线光源也可以不使用聚光透镜让光线发散,增加照射面积也可在前段添加分光镜,转变为同轴线光源。应用:液晶屏表面灰尘检测,玻璃划痕及内部裂纹检测,布匹纺织均匀检测等。

针对具体的应用,从众多的方案中选择一个最好的照明系统是整个图像处理系统稳定工作的关键。遗憾的是,没有一个通用的照明系统能够适应各种场合。但由于LED光源多形状及多颜色等特点,我们还是找到一些挑选视觉光源的方法,主要方法有以下两种:

1、观察试验法(Look and Experiment-最常用的)尝试着用不同类型的光源在不同的位置照射物体,然后通过相机观察图像;

2、科学分析法(Scientific Analysis-最有效的)分析成像的环境,推荐最好的解决方法。

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