工業(yè)視覺3d激光光源方案

本文目錄一覽：

• 1、機(jī)器視覺光源的選擇
• 2、工業(yè)3D視覺，為智能制造打開新“視界”
• 3、如何選擇工業(yè)相機(jī)的視覺光源？

機(jī)器視覺光源的選擇

機(jī)器視覺光源的選擇

機(jī)器視覺光源的選擇，現(xiàn)代生活中日常照明離不開燈光，房屋裝修更是對光源的要求比較高，光源大體分為冷光和暖光，不同光源視覺感都不同，下面一起來了解一下，機(jī)器視覺光源的選擇。

機(jī)器視覺光源的選擇1

機(jī)器視覺光源

機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)采用CCD照相機(jī)將被檢測的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號，圖像處理系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，如面積、數(shù)量、位置、長度，再根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度和其他條件輸出結(jié)果，包括尺寸、角度、個數(shù)、合格不合格、有無等，實現(xiàn)自動識別功能。

機(jī)器視覺光源的選擇

一、簡單的預(yù)備知識

1、因材質(zhì)和厚度不同、對光的透過特性（透明度）各異。

2、光根據(jù)其波長之長短、對物質(zhì)的穿透能力（穿透率）各異。

3、光的波長越長、對物質(zhì)的透過力越強(qiáng)，光的波長越短、在物質(zhì)表面的擴(kuò)散率越大。

4、透射照明、即是使光線透射對象物、并觀察其透過光之照明手法。

二、光源

1、穏定均勻的光源極其重要。

2、目的：將被測物與背景盡量明顕區(qū)分。

3、摂取圖像時、最重要之處是如何鮮明地獲得：被測物與背景的濃淡差。

4、目前，在圖像處理領(lǐng)域中最広范的技術(shù)手法是：二值化（白黒）處理。

以上就是我針對機(jī)器視覺光源的選擇這一科技的發(fā)明闡述的資料了，隨著科技的發(fā)達(dá)每天都有很多新鮮的東西問世，無論是那一方面的機(jī)器還是新鮮事物都是隨著人們的需求而發(fā)展的。像褪殼機(jī)一類的就是褪花生跟瓜子發(fā)明的，都是省力又省時間的偉大發(fā)明呢。

機(jī)器視覺光源的選擇2

一套完整的視覺檢測系統(tǒng)主要包含圖像采集部分和圖像分析部分，而圖像采集部分主要由工業(yè)相機(jī)、工業(yè)鏡頭以及機(jī)器視覺光源承擔(dān)，今天我們主要介紹機(jī)器視覺光源的相關(guān)基礎(chǔ)知識及選型技巧。

首先我們需要了解，機(jī)器視覺中的光源起到哪些作用：

1.照亮目標(biāo)，提高亮度；

2.形成有利于圖像處理的成像效果，降低系統(tǒng)的復(fù)雜性和對圖像處理算法的要求；

3.克服環(huán)境光干擾，保證圖像穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的精度、效率。

恰當(dāng)?shù)墓庠凑彰髟O(shè)計可以使圖像中的目標(biāo)信息與背景信息得到最佳分離，這樣不僅大大降低圖像處理的算法難度，同時也提高系統(tǒng)的精度和可靠性。但非常遺憾，目前沒有通用的機(jī)器視覺照明系統(tǒng)應(yīng)對不同的檢測要求，因此針對每個特定的案例，都需要設(shè)計合適的照明裝置，以達(dá)到最佳效果。而不合適的照明，則會引起很多問題，機(jī)器視覺光源如此重要，卻往往被很多人忽視。

目前機(jī)器視覺光源主要采用LED（發(fā)光二極管），由于其形狀自由度高、使用壽命長、響應(yīng)速度快、單色性好、顏色多樣、綜合性價比高等特點在行業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用：

一、形狀自由度

一個LED光源是由許多單個LED組合而成的，因而跟其他光源相比，可做成更多的形狀，更容易針對用戶的情況，設(shè)計光源的形狀和尺寸。

二、使用壽命長

為了使圖像處理單元得到精確的、重復(fù)性好的測量結(jié)果，照明系統(tǒng)必須保證相當(dāng)長的時間內(nèi)能夠提供穩(wěn)定的圖像輸入。LED光源在連續(xù)工作10000到30000小時后，亮度衰減，但遠(yuǎn)比其他光源效果好。此外，用控制系統(tǒng)使其間斷工作，可抑制發(fā)光管發(fā)熱，壽命也將延長一倍。

三、響應(yīng)速度快

LED發(fā)光管響應(yīng)時間很短，響應(yīng)時間的真正意義是能按要求保證多個光源或一個光源不同區(qū)域之間的工作切換，采用專用控制器給LED光源供電時，達(dá)到最大照度的時間小于10s。

四、顏色多樣

除了光源的形狀以外，得到穩(wěn)定圖像輸入的另一方面就是選擇光源的顏色。甚至相同形狀的光源，由于顏色的不同得到的圖像也會有很大的差別。實際上，如何利用光源顏色的技術(shù)特性得到最佳對比度的圖像效果一直是光源開發(fā)的主要方向。

五、綜合性運(yùn)營成本低

選用低廉而性能沒有保證的產(chǎn)品，初次投資的節(jié)省很快會被日常的維護(hù)、維修費(fèi)用抵消。其他光源不僅耗電是LED光源的2~10倍，而且?guī)缀趺吭戮鸵鼡Q，浪費(fèi)了維修工程師許多寶貴的時間。而且投入使用的光源越多，在器件更換和人工方面的花費(fèi)就越大，因此選用壽命長的LED光源從長遠(yuǎn)看是很經(jīng)濟(jì)的'。

機(jī)器視覺照明技術(shù)基礎(chǔ)知識：

1）照射方式

選擇不同的光源，控制和調(diào)節(jié)照射到物體上的入射光的方向是機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計的最基本的參數(shù)。它取決于光源的類型和相對于物體放置的位置，一般來說有兩種最基本的方式：直射光和漫射光，所有其它的方式都是從這兩種方法中延伸出來的。

直射光：入射光基本上來自一個方向，射角小，它能投射出物體陰影；

漫射光：入射光來自多個方向，甚至于所有的方向，它不會投射出明顯的陰影。

2）反射方式

物體反射光線有兩種不同的反射特性：直反射和漫反射。

直反射：光線的反射角等于入射角。直反射有時用途很大，有時又可能產(chǎn)生極強(qiáng)的眩耀。在大多數(shù)情況應(yīng)避免鏡面反射。

漫反散：照射到物體上的光從各個方向漫散出去。在大多數(shù)實際情況下，漫散光在某個角度范圍內(nèi)形成，并取決于入射光的角度。

3）顏色

光譜中很大的一部分電磁波譜是人眼可見的，在這個波長范圍內(nèi)的電磁輻射被稱作可見光，范圍在400nm至760nm之間（有的人可以觀測到380~780nm），即從紫色380nm到紅色780nm。

色環(huán)就是把可見光光譜中的色彩進(jìn)行排序，形成紅色連接到另一端的紫色。機(jī)器視覺中應(yīng)用的色環(huán)通常包括6種不同的顏色，分為兩大類：暖色和冷色。暖色由紅色調(diào)構(gòu)成，冷色來自于藍(lán)色調(diào)。通常用相反色溫的光線照射，圖像可以達(dá)到最高級別的對比度；相同色溫的光線照射，可以有效濾除。因此靈活利用色溫特性，對我們選擇光源很有幫助。

4）明視場和暗視場

明視場是最常用的照明方案，采用正面直射光照射形成。而暗視場主要由低角度或背光照明形成。對于不同項目檢測需求，選擇不同類型的照明方式，一般來說暗視場會使背景呈現(xiàn)黑暗，而被檢物體則呈現(xiàn)明亮。

5）光源分類

目前主要有以下幾種分類方式：

a）顏色

常用光源顏色集中在可見光范圍，主要有白光（復(fù)合光）、紅色、藍(lán)色、綠色，另外紅外光也比較普及，而紫外光由于各種原因，應(yīng)用較少。

b）外形

各廠家會根據(jù)不同光源外形特性進(jìn)行分類，也是目前的主流分類，比如環(huán)形光源、環(huán)形低角度光源、條形光源、圓頂光源（碗光源/穹頂光源）、面光源等。

c）工作原理/特性

按不同的應(yīng)用方式或者原理進(jìn)行分類，主要有無影光源、同軸光源、點光源、線光源、背光源、組合光源以及結(jié)構(gòu)光源等。

常見的光源類型及照明方式

1.一般目的的照明（直接照明）：光直接射向物體，得到清楚的影像。

當(dāng)我們需要得到高對比度物體圖像的時候，這種類型的光很有效。但是當(dāng)我們用它照在光亮或反射的材料上時，會引起類似鏡面的反光。通用照明一般采用環(huán)狀或點狀照明。環(huán)光是一種常用的通用照明方式，很容易安裝在鏡頭，可給漫反射表面提供足夠的照明。

2.暗場照明：暗場照明是相對于物體表面提供低角度照明。

使用工業(yè)相機(jī)拍攝鏡子，如果視野內(nèi)能看見光源就認(rèn)為是亮場照明，相反的在視野中看不到光源就是暗場照明。因此光源是亮場照明還是暗場照明與光源的位置有關(guān)。通常，暗場照明應(yīng)用于對表面突起部分的照明或表面紋理變化的照明。

3.背光照明：從物體背面射過來均勻視場的光，通過相機(jī)可以看到物面的側(cè)面輪廓。

背光照明常用于測量物體的尺寸和方向。背光照明產(chǎn)生很強(qiáng)的對比度。應(yīng)用背光技術(shù)時，物體表面特征可能會丟失。例如，可以應(yīng)用背光技術(shù)測量硬幣的直徑，但是卻無法判斷硬幣的正反面。

4.漫射照明：連續(xù)漫反射照明應(yīng)用于物體表面的反射性或者表面有復(fù)雜的角度。

連續(xù)漫反射照明應(yīng)用半球形的均勻照明，以減小影子及鏡面反射。這種照明方式對于完全組裝的電路板照明非常有用。這種光源可以達(dá)到170球面度立體角范圍的均勻照明。

5.同軸照明：同軸光的形成——通過垂直墻壁出來的發(fā)散光，射到一個使光向下的分光鏡上，相機(jī)從上面通過分光鏡看物體。

這種類型的光源對檢測高反射的物體特別有幫助，還適合在周圍環(huán)境產(chǎn)生陰影的影響下，檢測面積不明顯的物體。

6.偏振片：只允許振動方向平行于其允許方向的光通過，垂直分量被截止。

針對具體的應(yīng)用，從眾多的方案中選擇一個最好的照明系統(tǒng)是整個圖像處理系統(tǒng)穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。

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(yùn)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(yùn)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(bǔ)充。近年來，隨著消費(fèi)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(bǔ)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(yùn)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(bǔ)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(qiáng)、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)?；氖侄畏?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)。

如何選擇工業(yè)相機(jī)的視覺光源？

您可以登陸機(jī)器視覺產(chǎn)品資料查詢平臺，在光源控制器及配件類目下篩選適合您使用的視覺光源：

機(jī)器視覺產(chǎn)品資料查詢平臺

選擇工業(yè)相機(jī)的視覺光源時需要考慮以下因素：

1、對比度

機(jī)器視覺照明最重要的任務(wù)就是使目標(biāo)特征與背景特征之間產(chǎn)生最大的對比度。對比度就是在目標(biāo)特征與背景特征之間有足夠的灰度量區(qū)別。好的照明應(yīng)能保證目標(biāo)特征突出于其他背景

2、亮度

最佳選擇是選擇更亮的那個。光源不夠亮?xí)r，會出現(xiàn)三種不好的情況：

1）相機(jī)的信噪比不夠。光源亮度不夠，依靠調(diào)節(jié)相機(jī)參數(shù)等方式提高亮度極有可能增大圖像上的噪聲，從而對相機(jī)的信噪比提出更高的要求；

2）光源亮度不夠，通過加大光圈的方式來提高圖像亮度，會減小景深；

3）光源亮度不夠，自然光等隨機(jī)光對系統(tǒng)的影響會增大。

3、魯棒性

選擇光源對部件的位置敏感度最小的那個。當(dāng)光源放置在攝像頭視野的不同區(qū)域或不同角度時，圖像不會隨之變化。方向性很強(qiáng)的光源，增大了對高亮區(qū)域鏡面反射的發(fā)生率，不利于后期特征提取。另外，光源具有較寬的光譜范圍，可以對不同材料的物體進(jìn)行檢測。

4、均勻性

光源均勻性要好，在有效的照射范圍內(nèi)，灰度值標(biāo)準(zhǔn)差要小。

5、其他因素

具有較長的使用壽命及較高的穩(wěn)定性，保障光源在長時間運(yùn)行狀態(tài)下能持續(xù)穩(wěn)定的工作；成本低，易根據(jù)現(xiàn)場情況定制特殊形狀光源。