工業(yè)視覺光源生產(chǎn)工藝

本文目錄一覽：

• 1、工業(yè)視覺攝像頭怎么選型
• 2、3mm機(jī)器視覺光源跟3mm照明視覺光源差異是什么？
• 3、機(jī)器視覺光源的核心技術(shù)
• 4、工業(yè)3D視覺，為智能制造打開新“視界”
• 5、詳細(xì)介紹機(jī)器視覺光源的特點和應(yīng)用
• 6、如何制作機(jī)器視覺用LED光源？

工業(yè)視覺攝像頭怎么選型

一個典型的工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)包括：相機(jī)、鏡頭、光源、圖像處理單元（或圖像采集卡）、圖像處理軟件、觸發(fā)模塊、通信/輸入輸出單元等部分組成。各個部分之間相互配合，最終完成其檢測要求。

1.相機(jī)鏡頭

2.光源

3.被測物體

4.傳感器

5.電控系統(tǒng)

6.視覺圖像處理器

3mm機(jī)器視覺光源跟3mm照明視覺光源差異是什么？

機(jī)器視覺光源(Lighting for Machine Vision)，換句話就是給機(jī)器提供被照物反射后進(jìn)行讀取，進(jìn)行處理，并作為判斷的依據(jù)，或作為讓機(jī)器或機(jī)器人進(jìn)行下一動作依據(jù)的結(jié)構(gòu)光源，任何結(jié)構(gòu)光源(Structure Light)，若能提供讓機(jī)器視覺有效進(jìn)行判別者屬之，吾人概稱其為機(jī)器視覺光源。以機(jī)器讀取和利用電腦進(jìn)行影像處理之快速，即使高達(dá)數(shù)千分之一秒的連續(xù)閃光，吾人稱其為（Strobo light），這是人類眼睛速度所無法來得及反應(yīng)的；而人類慣用的照明視覺光源，由于有視覺暫留的速度滯后，所以其感受者，僅僅是光強（Intensity），無法來得及對高速或相位變化（phase shift）的部分，進(jìn)行分析處理。是故照明光源一般并無所謂結(jié)構(gòu)光的設(shè)計，主要是因為畢竟給機(jī)器視覺和給人類眼睛觀看的照明目的是不同的。機(jī)器一般要求快速處理，要不就是極小化、極大化、極強化、這些未必能讓人類接受。所以照明（illuminaion）是人類的視網(wǎng)膜進(jìn)行處理，要受到細(xì)胞神經(jīng)反應(yīng)的制約；而機(jī)器視覺則系透過電子訊號，依照人類對機(jī)器設(shè)定目標(biāo)的作業(yè)影像進(jìn)行設(shè)計（結(jié)構(gòu)光源或機(jī)器視覺光源）、讀取、分析、輸出等連串動作。盡管其過程與人類視覺的運作類似，但是視網(wǎng)膜的電化學(xué)（液態(tài)中的離子）其傳遞的反應(yīng)速度不如機(jī)器視覺中電子設(shè)備（如光敏感測器、導(dǎo)體、或半導(dǎo)體中的電子）速度。

就3mm（或任何其他大小與瓦數(shù)不同）的LED機(jī)器視覺光源，經(jīng)設(shè)計發(fā)射出的光源一般采取指向性較為集中者（directional light）。而3mm（或任何其他大小與瓦數(shù)不同）的照明視覺光源，則宜選擇指向性多方得以提供漫射（ambient light）者。由此，光源的散射性質(zhì)不同，而應(yīng)用的適用性互異。再者，如醫(yī)科手術(shù)進(jìn)行內(nèi)窺鏡（endoscope）采取前者指向性較高者，而外科手術(shù)房中（Surgery）使用的無影燈其發(fā)射角度則為漫射為主。此二例子即屬分別予機(jī)器視覺和照明予人類眼睛感受不同的具體范例，可供比較參照。

另外，予人類照明用的光源肯定是0.4u (micron) 到 0.7u 間的可見光（visible light)。但機(jī)器視覺用的光源則未必，可以用人類眼睛看不到的紅外光(IR)或紫外光(UV)。如此也是機(jī)器視覺光源與照明光源不同之處。

機(jī)器視覺光源的核心技術(shù)

機(jī)器視覺系統(tǒng)的核心是圖像采集和處理。所有信息均來源于圖像之中，圖像本身的質(zhì)量對整個視覺系統(tǒng)極為關(guān)鍵。而光源則是影響機(jī)器視覺系統(tǒng)圖像水平的重要因素，因為它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和至少30%的應(yīng)用效果

通過適當(dāng)?shù)墓庠凑彰髟O(shè)計，使圖像中的目標(biāo)信息與背景信息得到最佳分離，可以大大降低圖像處理算法分割、識別的難度，同時提高系統(tǒng)的定位、測量精度，使系統(tǒng)的可靠性和綜合性能得到提高。反之，如果光源設(shè)計不當(dāng)，會導(dǎo)致在圖像處理算法設(shè)計和成像系統(tǒng)設(shè)計中事倍功半。因此，光源及光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的成敗是決定系統(tǒng)成敗的首要因素。在機(jī)器視覺系統(tǒng)中，光源的作用至少有以下幾種：

1.照亮目標(biāo)，提高目標(biāo)亮度；

2.形成最有利于圖像處理的成像效果；

3.克服環(huán)境光干擾，保證圖像的穩(wěn)定性；

4.用作測量的工具或參照；

由于沒有通用的機(jī)器視覺照明設(shè)備，所以針對每個特定的應(yīng)用實例，要設(shè)計相應(yīng)的照明裝置，以達(dá)到最佳效果。機(jī)器視覺系統(tǒng)的光源的價值也正在于此。

圖像的質(zhì)量好壞，也就是看圖像邊緣是否的銳利，具體來說：

1、將感興趣部分和其他部分的灰度值差異加大

2、盡量消隱不感興趣部分

3、提高信噪比，利于圖像處理

4、減少因材質(zhì)、照射角度對成像的影響

常用的有LED光源、鹵素?zé)簦ü饫w光源）、高頻熒光燈。目前LED光源最常用，主要有如下幾個特點：

·可制成各種形狀、尺寸及各種照射角度；

·可根據(jù)需要制成各種顏色，并可以隨時調(diào)節(jié)亮度；

·通過散熱裝置，散熱效果更好，光亮度更穩(wěn)定；

·使用壽命長；

·反應(yīng)快捷，可在10微秒或更短的時間內(nèi)達(dá)到最大亮度；

·電源帶有外觸發(fā)，可以通過計算機(jī)控制，起動速度快，可以用作頻閃燈；

·運行成本低、壽命長的LED，會在綜合成本和性能方面體現(xiàn)出更大的優(yōu)勢；

·可根據(jù)客戶的需要，進(jìn)行特殊設(shè)計。

工業(yè)3D視覺，為智能制造打開新“視界”

1969年，第一片CCD圖像傳感器在美國貝爾實驗室誕生，它為數(shù)字影像產(chǎn)業(yè)的發(fā)展打開了一扇新的大門。從此，人們的日常生活、生產(chǎn)都與影像、視覺相聯(lián)系。

機(jī)器視覺的世界也在萌芽，從黑白到彩色，從低分辨率到高分辨率，從靜態(tài)到動態(tài)。而現(xiàn)在，我們要讓機(jī)器去了解真實的3D世界，讓3D的影像出現(xiàn)在我們的面前，這就是所謂的“第四次視覺革命”。第四次視覺變革的核心是3D傳感器產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。

機(jī)器視覺從之前的2D平面進(jìn)化到3D立體“視界”，我們常見的刷臉支付、Face ID、VR、無人便利店、智能機(jī)器人等產(chǎn)品技術(shù)，背后關(guān)鍵的 科技 便是3D視覺技術(shù)。而第四次的視覺革命與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，也讓實體經(jīng)濟(jì)與技術(shù)價值最大化，開始逐步向真實的產(chǎn)業(yè)場景、生產(chǎn)效率與產(chǎn)業(yè)可行性進(jìn)發(fā)。

用一個詞來形容3D機(jī)器視覺與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系，最恰當(dāng)?shù)男稳菥褪牵骸拔磥淼墓I(yè)網(wǎng)絡(luò)將會建立在3D機(jī)器視覺的基礎(chǔ)上，以及人工智能的認(rèn)知系統(tǒng)。機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)界的運用，早已不是新鮮事，經(jīng)過三十多年的發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)中的作用也逐漸顯現(xiàn)出來。

在工業(yè)視覺技術(shù)中，2 D是最早應(yīng)用于自動制造領(lǐng)域的技術(shù)，但是2 D技術(shù)一般僅用于處理平面的問題，而對具有高信息量的對象，例如曲面、弧度等，二維視覺很難實現(xiàn)，從而推動了三維視覺的發(fā)展。與二維圖像相比，3D圖像對周圍光線的影響不大，具有更高的準(zhǔn)確度和可靠性，能夠?qū)崿F(xiàn)對高速運動物體的形狀、色彩對比度、空間坐標(biāo)等的實時監(jiān)測。三維可視化技術(shù)能夠很好地解決目前2 D技術(shù)不能解決的許多工業(yè)領(lǐng)域的問題，同時也是2 D技術(shù)的一個重要補充。近年來，隨著消費電子、 汽車 、半導(dǎo)體等精密加工領(lǐng)域的需求越來越大，高精度3D視覺技術(shù)也逐漸成為了一個熱門話題。

工業(yè)三維可視化的研究方向包括三大領(lǐng)域：尺寸和缺陷檢測、智能制造和自主導(dǎo)航。近兩年來，工業(yè)3D視覺技術(shù)的應(yīng)用發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)變，從單一的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗到了全產(chǎn)品的制造。

在生產(chǎn)線上，在此以前，工業(yè)3D可視化僅限于單個場景，例如最常用的質(zhì)量檢驗。比如，在智能手機(jī)的制造過程中，主要包括主板、零部件組裝、包裝和出貨三個方面。所以，工業(yè)3D視覺質(zhì)量的質(zhì)量檢驗也是在這三個環(huán)節(jié)中進(jìn)行的。而如今，由于三維視覺技術(shù)的融合，使得從原材料到包裝檢驗的各個環(huán)節(jié)，都能實現(xiàn)多個領(lǐng)域的應(yīng)用。例如，在流水線上的下料、零件的焊接、噴涂、裝配等，都可以在三維視覺中使用。

當(dāng)然，2 D視覺技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用還沒有被徹底拋棄。3D視覺技術(shù)將會是二維技術(shù)的一個重要補充，它將被應(yīng)用到元件的測試中，比如對 SIM卡的插槽，電池模塊，攝像頭模塊的尺寸，以及攝像頭模塊的安裝，大部分廠家都會提供二維/三維的組合。

不論是單個場景的運用，或是多個工藝方案的組合，3D機(jī)器視覺在工業(yè)生產(chǎn)中都扮演著舉足輕重的角色。但在高精密探測系統(tǒng)中，關(guān)鍵部件的研制，與國外相比技術(shù)的差距還是較大，短時間內(nèi)難以超越。

事實上，3D視覺技術(shù)在世界范圍內(nèi)的發(fā)展，也是在2014年左右。在中國持續(xù)向國外轉(zhuǎn)移和更新產(chǎn)業(yè)鏈的同時，國內(nèi)的研究人員也在逐步增加3D視覺技術(shù)的投資。但在產(chǎn)業(yè)上，因為產(chǎn)業(yè)的多樣性、技術(shù)壁壘、場景等因素，大多數(shù)企業(yè)都會選擇在一個垂直的方向發(fā)展。3D可視化的硬件技術(shù)水平是有限的，隨著 AI技術(shù)的發(fā)展，能夠滿足部分高精度的探測要求，在某種程度上彌補了硬件方面的缺陷。

1．技術(shù)與產(chǎn)品需要持續(xù)升級。工業(yè)3D 機(jī)器視覺成像技術(shù)不斷發(fā)展，但在底層的視覺硬件設(shè)備中繞不開的卡脖子技術(shù)就是芯片和光學(xué)鏡頭，這部分仍然是國外廠商的主場。而集成的3D機(jī)器視覺目前依然沒有具備抗環(huán)境光干擾能力強、測距精度高、分辨高和成本低等優(yōu)點于一身的 3D 傳感器。目前 3D 視覺的應(yīng)用還是依據(jù)具體的使用場景和預(yù)算來選擇相機(jī)，然后根據(jù)相機(jī)成像結(jié)果來進(jìn)行算法定制開發(fā)。這種成本高、周期久的應(yīng)用模式嚴(yán)重限制了 3D 視覺在實際場景中的使用。

2.市場與供應(yīng)鏈的不成熟、不完善。對于一些需要采購3D視覺的產(chǎn)品的廠商來說，前期的產(chǎn)品量需求較少，在這種情況下，工業(yè)3D視覺廠商無法通過規(guī)模化的手段分?jǐn)偖a(chǎn)品成本，而市場中有很大的一部分潛在用戶都是對價格以及供應(yīng)鏈敏感的用戶，處于早期發(fā)展階段的工業(yè)3D視覺產(chǎn)品撬動市場較困難。

4.生產(chǎn)線的適配與周期長。千行百業(yè)的產(chǎn)線定制化需求使得設(shè)備具備非標(biāo)性，通用性差，對于工廠來說不同的業(yè)務(wù)場景、生產(chǎn)環(huán)節(jié)，甚至不同工廠之間的需求都不盡相同，制造過程中的多品種、小批量影響企業(yè)的改造難度。設(shè)備交付之后還需要經(jīng)過一段時間的調(diào)試，最終與產(chǎn)線適配才可以，存在一定的周期影響著企業(yè)的自動化改造積極性。

這種需求制約著三維視覺技術(shù)在實際應(yīng)用中的應(yīng)用。目前，3D視覺技術(shù)還處在起步階段，還沒有形成大規(guī)模的商用場景，而且還沒有形成統(tǒng)一的生產(chǎn)模式，整個市場都是分散的，碎片化的，3D視覺技術(shù)還得在各個領(lǐng)域中 探索 ，找到自己的優(yōu)勢，完善自己的產(chǎn)品，提高自己的服務(wù)水平，為產(chǎn)業(yè)的升級做貢獻(xiàn)。

詳細(xì)介紹機(jī)器視覺光源的特點和應(yīng)用

1、環(huán)形光源

環(huán)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(shè)計，節(jié)省安裝空間；解決對角照射陰影問題；可選配漫射板導(dǎo)光，光線均勻擴(kuò)散。

應(yīng)用領(lǐng)域：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(lán)多用背光源，能調(diào)配出不同顏色，滿足不同被測物多色要求。

應(yīng)用領(lǐng)域：機(jī)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

條形光源是較大方形結(jié)構(gòu)被測物的首選光源；顏色可根據(jù)需求搭配，自由組合；照射角度與安裝隨意可調(diào)。

應(yīng)用領(lǐng)域：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

同軸光源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(shè)計，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(dǎo)光，減少反光；不同角度組合；

應(yīng)用領(lǐng)域：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(nèi)壁，均勻反射從底部360度發(fā)射出的光線，使整個圖像的照度十分均勻。

應(yīng)用領(lǐng)域：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(xù)檢測場合。

應(yīng)用領(lǐng)域：陣相機(jī)照明專用，AOI專用。

8、點光源

大功率LED，體積小，發(fā)光強度高；光纖鹵素?zé)舻奶娲?，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(yīng)用領(lǐng)域：適合遠(yuǎn)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(jù)被測物要求調(diào)整所需照明角度，適用性廣。

應(yīng)用領(lǐng)域：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(huán)形光源。

應(yīng)用領(lǐng)域：VA系列光源是全自動電路板印刷機(jī)對位的專用光源。

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如何制作機(jī)器視覺用LED光源？

自己做往往均勻性得不到保證，影響圖像質(zhì)量進(jìn)而有可能影響分析。畢竟光源的亮度和均勻性是非常重要的指標(biāo)。

并且如果需要用高亮線光源的話普通LED是達(dá)不到高亮效果的。

如果你是北京的，可以來我公司免費做實驗，我有進(jìn)口的高亮線光源可以借你用。

北京嘉恒中自圖像技術(shù)有限公司 在中科院自動化研究所內(nèi)