视觉的基础--光源知识

机器视觉系统中最关键的一个方面就是选择正确的照明，机器视觉光源直接影响到图像的质量，进而影响到系统的性能。所以我们说光源起到的作用：就是获得对比鲜明的图像。 

 

为什么要用光源？

机器视觉系统的核心是图像采集和处理。所有信息均来源于图像之中，图像本身的质量对整个视觉系统极为关键。而光源则是影响机器视觉系统图像水平的重要因素，疑问它直接影响输入数据的质量和至少30%的应用效果

通过适当的光源照明设计，使图像中的目标信息与背景信息得到最佳分离，可以大大降低图像处理算法分割、识别的难度，同时提高系统的定位、测量精度，使系统的可靠性和综合性能得到提高。反之，如果光源设计不当，会导致在图像处理算法设计和成像系统设计中事倍功半。因此，光源及光学系统设计的成败是决定系统成败的首要因素。在机器视觉系统中，光源的作用至少有以下几种：

1>.照亮目标，提高目标亮度；

2>.形成最有利于图像处理的成像效果；

3>.克服环境光干扰，保证图像的稳定性；

4>.用作测量的工具或参照；

由于没有通用的机器视觉照明设备，所以针对每个特定的应用实例，要设计形影的照明装置，以达到最佳效果。机器视觉系统的光源的价值也正在于此。

图像的质量好坏，也就是看图像边缘是否的锐利，具体来说：

1、将感兴趣部分和其他部分的灰度值差异加大

2、尽量消隐不感兴趣部分

3、提高信噪比，利于图像处理

4、减少因材质、照射角度对成像的影响

常用的有LED光源、卤素灯（光纤光源）、高频荧光灯。目前LED光源最常用，主要有如下几个特点：

·可制成各种形状、尺寸及各种照射角度；

·可根据需要制成各种颜色，并可以随时调节亮度；

·通过散热装置，散热效果更好，光亮度更稳定；

·使用寿命长；

·反应快捷，可在10微秒或更短的时间内达到最大亮度；

·电源带有外触发，可以通过计算机控制，起动速度快，可以用作频闪灯；

·运行成本低、寿命长的LED，会在综合成本和性能方面体现出更大的优势；

·可根据客户的需要，进行特殊设计。

 

LED光源按形状通常可分为以下几类:

1、环形光源

环形光源提供不同照射角度、不同颜色组合，更能突出物体的三维信息；高密度LED阵列，高亮度；多种紧凑设计，节省安装空间；解决对角照射阴影问题；可选配漫射板导光，光线均匀扩散。应用领域:PCB基板检测，IC元件检测，显微镜照明，液晶校正，塑胶容器检测，集成电路印字检查

2、背光源

用高密度LED阵列面提供高强度背光照明，能突出物体。的外形轮廓特征，尤其适合作为显微镜的载物台。红白两用背光源、红蓝多用背光源，能调配出不同颜色，满足不同被测物多色要求。应用领域:机械零件尺寸的测量，电子元件、IC的外型检测，胶片污点检测，透明物体划痕检测等。

3、条形光源

条形光源是较大方形结构被测物的首选光源；颜色可根据需求搭配，自由组合；照射角度与安装随意可调。应用领域:金属表面检查，图像扫描，表面裂缝检测，LCD面板检测等。

4、同轴光源

同轴光源可以消除物体表面不平整引起的阴影，从而减少干扰；部分采用分光镜设计，减少光损失，提高成像清晰度，均匀照射物体表面。应用领域:系列光源最适宜用于反射度极高的物体，如金属、玻璃、胶片、晶片等表面的划伤检测，芯片和硅晶片的破损检测，Mark点定位，包装条码识别。

5、AOI专用光源

不同角度的三色光照明，照射凸显焊锡三维信息；外加漫射板导光，减少反光；不同角度组合；应用领域:用于电路板焊锡检测。

6、球积分光源

具有积分效果的半球面内壁，均匀反射从底部360度发射出的光线，使整个图像的照度十分均匀。应用领域:合于曲面，表面凹凸，弧形表面检测，或金属、玻璃表面反光较强的物体表面检测。

7、线形光源

超高亮度，采用柱面透镜聚光，适用于各种流水线连续检测场合。应用领域:阵相机照明专用，AOI专用。

8、点光源

大功率LED，体积小，发光强度高；光纤卤素灯的替代品，尤其适合作为镜头的同轴光源等；高效散热装置，大大提高光源的使用寿命。应用领域:适合远心镜头使用，用于芯片检测，Mark点定位，晶片及液晶玻璃底基校正。

9、组合条形光源

四边配置条形光，每边照明独立可控；可根据被测物要求调整所需照明角度，适用性广。应用案例:CB基板检测，IC元件检测，焊锡检查，Mark点定位，显微镜照明，包装条码照明，球形物体照明等。

10、对位光源

对位速度快；视场大；精度高；体积小，便于检测集成；亮度高，可选配辅助环形光源。应用领域:VA系列光源是全自动电路板印刷机对位的专用光源。

光源的选型：

一、前提信息

1、检测内容

外观检查、OCR、尺寸测定、定位

2、对象物

①想看什么？（异物、伤痕、缺损、标识、形状等）

②表面状态（镜面、糙面、曲面、平面）

③立体？平面？

④材质、表面颜色

⑤视野范围？

⑥动态还是静态（相机快门速度）

3、限制条件

①工作距离（镜头下端到被测物表面距离）

②设置条件（照明的大小、照明下端到被测物表面的距离、反射型or透射型）

③周围环境（温度、外乱光）

④相机的种类，面阵or线阵

二、简单的预备知识：

1．因材质和厚度不同、对光的透过特性（透明度）各异。

2．光根拠其波长之长短、对物质的穿透能力（穿透率）各异。

3．光的波长越长、对物质的透过力越强，光的波长越短、在物质表面的拡散率越大。

4．透射照明、即是使光线透射对象物、并観察其透过光之照明手法。

三、光源：

1．穏定均匀的光源极其重要

2．目的： 将被测物与背景尽量明顕区分

3．摂取图像时、最重要之处是如何鲜明地获得：被测物与背景的浓淡差

4．目前、在图像处理领域中最广范的技术手法是：二值化（白黒）处理

为了能够突出特征点，将特征图像突出出来，在打光手法上，常用的包括有明视野与暗视野。

明视野：用直射光来観察对象物整体(散乱光呈黒色)

暗视野：用散乱光来観察对象物整体(直射光呈白色)

具体的光源选取方法还在于试验的实践经验。