機(jī)器視覺環(huán)型光源選型（機(jī)器視覺環(huán)形光源）

本文目錄一覽：

• 1、簡(jiǎn)述機(jī)器視覺系統(tǒng)中如何選擇光源
• 2、機(jī)器視覺光源的選擇
• 3、機(jī)器視覺照明選擇基礎(chǔ)
• 4、機(jī)器視覺怎樣選擇合適的光源
• 5、機(jī)器視覺系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分是什么？

簡(jiǎn)述機(jī)器視覺系統(tǒng)中如何選擇光源

機(jī)器視覺系統(tǒng)該怎么選用光源?應(yīng)該注重以下的幾點(diǎn)特性

1、 對(duì)比度

對(duì)比度是機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)中比較重要的一個(gè)指標(biāo)，整個(gè)檢測(cè)任務(wù)就是將被檢測(cè)的物體數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)物體的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而進(jìn)行區(qū)分，所以好的光源應(yīng)該要保證將物體的特征明顯的表現(xiàn)出來，易于與其他物體形成對(duì)比。

那么，怎么用光源來檢測(cè)圖像的對(duì)比度呢?我們可以使用相同顏色的光源照射物體，看看是否有部分變亮;或是采用相反顏色的光源照射物體，看看是否有部分變暗;或是采用不同的波長(zhǎng)照射物體，物體穿透能力越強(qiáng)，波長(zhǎng)則越短。

2、適應(yīng)性

好的光源應(yīng)該能夠做到在實(shí)驗(yàn)中和實(shí)際中的效果一致，要擁有良好的適應(yīng)環(huán)境的性能。

3、均勻性

光源在使用的時(shí)候要保證均勻性，要保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行

4、可維護(hù)性

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(duì)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(cè)系統(tǒng)采用CCD照相機(jī)將被檢測(cè)的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，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(hào)，圖像處理系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)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(zhǎng)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(gè)數(shù)、合格不合格、有無等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別功能。

機(jī)器視覺光源的選擇

一、簡(jiǎn)單的預(yù)備知識(shí)

1、因材質(zhì)和厚度不同、對(duì)光的透過特性（透明度）各異。

2、光根據(jù)其波長(zhǎng)之長(zhǎng)短、對(duì)物質(zhì)的穿透能力（穿透率）各異。

3、光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)、對(duì)物質(zhì)的透過力越強(qiáng)，光的波長(zhǎng)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(duì)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(cè)物與背景盡量明顕區(qū)分。

3、摂取圖像時(shí)、最重要之處是如何鮮明地獲得：被測(cè)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(duì)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(shí)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(cè)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(shí)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(duì)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(jì)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(shí)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(duì)不同的檢測(cè)要求，因此針對(duì)每個(gè)特定的案例，都需要設(shè)計(jì)合適的照明裝置，以達(dá)到最佳效果。而不合適的照明，則會(huì)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(zhǎng)、響應(yīng)速度快、單色性好、顏色多樣、綜合性價(jià)比高等特點(diǎn)在行業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用：

一、形狀自由度

一個(gè)LED光源是由許多單個(gè)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(duì)用戶的情況，設(shè)計(jì)光源的形狀和尺寸。

二、使用壽命長(zhǎng)

為了使圖像處理單元得到精確的、重復(fù)性好的測(cè)量結(jié)果，照明系統(tǒng)必須保證相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)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(shí)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(zhǎng)一倍。

三、響應(yīng)速度快

LED發(fā)光管響應(yīng)時(shí)間很短，響應(yīng)時(shí)間的真正意義是能按要求保證多個(gè)光源或一個(gè)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(shí)，達(dá)到最大照度的時(shí)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(huì)有很大的差別。實(shí)際上，如何利用光源顏色的技術(shù)特性得到最佳對(duì)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(huì)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(shí)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(zhǎng)的LED光源從長(zhǎng)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(shí)：

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(jì)的最基本的參數(shù)。它取決于光源的類型和相對(duì)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(gè)方向，射角小，它能投射出物體陰影；

漫射光：入射光來自多個(gè)方向，甚至于所有的方向，它不會(huì)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(shí)用途很大，有時(shí)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(gè)方向漫散出去。在大多數(shù)實(shí)際情況下，漫散光在某個(gè)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(gè)波長(zhǎng)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(cè)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(jí)別的對(duì)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(duì)我們選擇光源很有幫助。

4）明視場(chǎng)和暗視場(chǎng)

明視場(chǎng)是最常用的照明方案，采用正面直射光照射形成。而暗視場(chǎng)主要由低角度或背光照明形成。對(duì)于不同項(xiàng)目檢測(cè)需求，選擇不同類型的照明方式，一般來說暗視場(chǎng)會(huì)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(huì)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(diǎn)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(duì)比度物體圖像的時(shí)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(shí)，會(huì)引起類似鏡面的反光。通用照明一般采用環(huán)狀或點(diǎn)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(chǎng)照明：暗場(chǎng)照明是相對(duì)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(chǎng)照明，相反的在視野中看不到光源就是暗場(chǎng)照明。因此光源是亮場(chǎng)照明還是暗場(chǎng)照明與光源的位置有關(guān)。通常，暗場(chǎng)照明應(yīng)用于對(duì)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(chǎng)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(cè)量物體的尺寸和方向。背光照明產(chǎn)生很強(qiáng)的對(duì)比度。應(yīng)用背光技術(shù)時(shí)，物體表面特征可能會(huì)丟失。例如，可以應(yīng)用背光技術(shù)測(cè)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(duì)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(gè)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(duì)檢測(cè)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(cè)面積不明顯的物體。

6.偏振片：只允許振動(dòng)方向平行于其允許方向的光通過，垂直分量被截止。

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

機(jī)器視覺照明選擇基礎(chǔ)

選擇照明的三個(gè)步驟

1、選擇照明的方式（鏡面反射光、漫反射光、透射光等）

觀察檢測(cè)部位的特點(diǎn)（損傷、形狀、有無等）。

觀察表面（平面、曲面、是否有凹凸不平等）加以決定。

2、選擇照明的方法及形狀

根據(jù)工件條件、設(shè)置條件等加以決定。

環(huán)形光、低角度光、同軸光、碗光等。

3、選擇照明的顏色（波長(zhǎng)）

根據(jù)工件和背景的材料、顏色等加以決定。

藍(lán)色、紅色、白色等。

照明器材的典型形狀（LED）

選擇照明：第一步（鏡面反射、漫反射與透射）

LED 照明種類繁多，大體上可以分為如下三種。

鏡面反射型： 鏡頭接收的光線是來自拍攝對(duì)象的鏡面反射光線。

漫反射型： 避開來自拍攝對(duì)象的鏡面反射光，而接收整體、均一的光線。

透射型： 接收來自拍攝對(duì)象背景的光線。是一種檢測(cè)輪廓的照明方式。

(1)鏡面反射圖像例 金屬表面的刻印缺印檢查

需要強(qiáng)調(diào)平坦的金屬表面與凹凸不平的刻印部分之間的反差。

金屬表面容易反射光線，因此最好是利用鏡面反射光來強(qiáng)調(diào)表面與刻印之間的反差。

(2)漫反射圖像例 透明膠帶內(nèi)部的晶片刻印檢查

需要防止產(chǎn)生光暈，以強(qiáng)調(diào)晶片表面與刻印字符之間的反差。

透明帶不會(huì)產(chǎn)生鏡面反射，因此可以選擇斜向照射的漫反射光。

(3)透射圖像例 無紡布異物檢查

異物與工件色調(diào)相似，從表面上看難以判別，因此需要強(qiáng)調(diào)異物與工件表面之間的反差。

雖然利用反射光難以觀察到異物，但是只要異物的厚度、顏色與工件之間存在差異，則可以通過采用來自工件背面的透射光使異物的黑色陰影顯現(xiàn)出來。

要點(diǎn)

選擇照明的第一步是根據(jù)工件的形狀及檢查目的，確定鏡面反射、漫反射、透射等照明方式。下一步是選擇照明的尺寸及光線顏色，以確保所得到的圖像適于檢查目的。

選擇照明：第二步（確定照明方法與光線形狀）

(1)鏡面反射圖像例 玻璃端面欠缺檢查

僅使用反射光的情況下

照明光線通過鏡面反射隨機(jī)映射在玻璃表面

【根據(jù)工件及檢查目的選擇照明】

玻璃表面會(huì)映射照明光線。

需要強(qiáng)調(diào)玻璃與背景之間的反差。

最好使光線垂直照在工件上。

應(yīng)確保工件上方有一定空間。

因此選擇同軸入射照明是最適宜的。

(2)漫反射檢查例 橡膠密封圈欠缺檢查

僅使用反射光的情況下

不能看到圓周上的欠缺

【根據(jù)工件及檢查目的選擇照明】

工件是用黑色橡膠制成的，因此不會(huì)發(fā)生鏡面反射。

欠缺部分也是黑色的，同樣不會(huì)發(fā)生鏡面反射。

如果采用某種鏡面照射角度，使欠缺部分發(fā)生鏡面反射，則可以達(dá)到檢查目的。

可使光源接近工件。

因此選擇低角度照明是最適宜的。

(3)透射檢查例 引腳形狀檢查

僅使用反射光的情況下

【根據(jù)工件及檢查目的選擇照明】

工件是金屬材料制成的，表面凹凸不平，不能產(chǎn)生均勻的鏡面反射。

如使用透射光，則可以去除表面凹凸不平的影響，從而實(shí)現(xiàn)邊緣檢查。

工件背面可以設(shè)置光源。

因此選擇面光（背光）是最適宜的。

采用背光照明后

復(fù)雜的輪廓變得清晰了。

要點(diǎn)

在選擇了鏡面反射、漫反射或透射等照明方式后，根據(jù)檢查目的、背景、周圍環(huán)境等確定照明類型。

一般說來，鏡面反射可選擇同軸入射照明、環(huán)形照明或棒型照明，漫反射可選擇低角度照明、環(huán)形照明或棒型照明，透射可選擇面照明或棒型照明。其中環(huán)形照明及棒型照明的設(shè)置距離更加靈活，因此應(yīng)用范圍更廣。

選擇照明：第三步（決定光線顏色及波長(zhǎng)）

最后根據(jù)工件及背景來選擇光源顏色。

使用彩色照相機(jī)時(shí)一般會(huì)使用白光。如果使用黑白照相機(jī)，則需要掌握下面介紹的知識(shí)。

利用補(bǔ)色進(jìn)行檢測(cè)

為了檢測(cè)紙箱中是否有紅色包裝的點(diǎn)心，分別使用了白色、紅色及黑色的 LED 光源。下圖所示為三種光源造成的對(duì)比度差異。

小知識(shí)

補(bǔ)色：

色相環(huán)圖中相對(duì)的顏色互為補(bǔ)色。用補(bǔ)色光照射時(shí)會(huì)產(chǎn)生近似黑色的效果。

利用波長(zhǎng)進(jìn)行檢測(cè)

透過包裝薄膜拍攝晶片上的刻印文字。與藍(lán)色相比，選擇薄膜透射率更高（散射率較低）的紅色光源可以產(chǎn)生更好的反差。

波長(zhǎng)不同的光線具有不同的顏色、透射率（例如波長(zhǎng)較大的紅色光線具有較高的透射率）、散射率（例如波長(zhǎng)較小的藍(lán)色光線具有較大有散射率）等特性。

照明的理論知識(shí) 總結(jié)

選擇適宜的光源可以得到良好的拍攝效果，從而有利于提高視覺系統(tǒng)效果。

選擇光源時(shí)有一定的規(guī)律可循。一般說來，可按照下列步驟選擇最理想的光源。

決定鏡面反射、漫反射、透射

決定光源形狀（制式）和尺寸

決定光源顏色（波長(zhǎng)）

機(jī)器視覺怎樣選擇合適的光源

選擇最合適的機(jī)器視覺照明光源的八個(gè)小技巧：

（1）檢測(cè)材料缺損請(qǐng)使用亮度高的光；

（2）精確定位請(qǐng)使用合適波長(zhǎng)的光；

（3）檢測(cè)玻璃上的刮痕請(qǐng)使用非漫射的光，即Non-Diffused Light；

（4）檢測(cè)透明包裝請(qǐng)使用漫射光，即Diffused Light；

（5）創(chuàng)造對(duì)比請(qǐng)使用顏色光；

（6）檢測(cè)快速移動(dòng)物體請(qǐng)使用頻閃光；

（7）消除反射時(shí)請(qǐng)使用紅外光；

（8）消除顏色變化請(qǐng)使用紅外光；

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機(jī)器視覺系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分是什么？

機(jī)器視覺系統(tǒng)的5大關(guān)鍵部分：

1. 機(jī)器視覺光源

光源作為機(jī)器視覺系統(tǒng)中輸入的重要部件，它的好壞直接影響著輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。由于沒有通用的機(jī)器視覺光源設(shè)備，所以針對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用實(shí)例，需要選擇相應(yīng)的視覺光源，以達(dá)到最佳效果。常見的光源有：LED環(huán)形光源、低角度光源、背光源、條形光源、同軸光源、冷光源、點(diǎn)光源、線型光源、平行光源等。

2. 工業(yè)鏡頭

鏡頭在機(jī)器視覺系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)光束調(diào)制，并完成信號(hào)傳遞，而鏡頭類型則包括：標(biāo)準(zhǔn)、遠(yuǎn)心、廣角、近攝和遠(yuǎn)攝等，選擇依據(jù)一般是根據(jù)相機(jī)接口、拍攝物距、拍攝范圍、CCD尺寸、畸變?cè)试S范圍、放大率、焦距和光圈等。

3. 工業(yè)相機(jī)

工業(yè)相機(jī)在機(jī)器視覺系統(tǒng)中最本質(zhì)功能就是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，與普通相機(jī)相比，它具有更高的傳輸力、抗干擾力以及穩(wěn)定的成像能力。按照不同標(biāo)準(zhǔn)可有多種分類：按輸出信號(hào)方式，可分為模擬工業(yè)相機(jī)和數(shù)字工業(yè)相機(jī)；按芯片類型不同，可分CCD工業(yè)相機(jī)和CMOS工業(yè)相機(jī)，這種分類方式最為常見。

4. 圖像采集卡

圖像采集卡雖然只是完整機(jī)器視覺系統(tǒng)的一個(gè)部件，但它同樣非常重要，直接決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數(shù)字等。比較典型的有PCI采集卡、1394采集卡、VGA采集卡和GigE千兆網(wǎng)采集卡。這些采集卡中有的內(nèi)置多路開關(guān)，可以連接多個(gè)攝像機(jī)，同時(shí)抓拍多路信息。

5. 機(jī)器視覺軟件

機(jī)器視覺軟件是機(jī)器視覺系統(tǒng)中自動(dòng)化處理的關(guān)鍵部件，根據(jù)具體應(yīng)用需求，對(duì)軟件包進(jìn)行二次開發(fā)，可自動(dòng)完成對(duì)圖像采集、顯示、存儲(chǔ)和處理。在選購機(jī)器視覺軟件時(shí)，一定要注意開發(fā)硬件環(huán)境、開發(fā)操作系統(tǒng)、開發(fā)語言等，確保軟件運(yùn)行穩(wěn)定，方便二次開發(fā)。

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