機(jī)器視覺系統(tǒng)之光源篇

1、光源篇機(jī)器視覺系統(tǒng)中國大恒（集團(tuán)）有限公司北京圖像視覺技術(shù)分公司中國大恒（集團(tuán)）有限公司北京圖像視覺技術(shù)分公司主講人： 目的 將被測物體與背景盡量明顯分別，獲得高品質(zhì)、高對比度的圖像 重要性 直接影響處理精度和速度，甚至系統(tǒng)的成敗，錯誤圖像理想圖像手表玻璃表面劃痕檢測 理想的光源應(yīng)該是明亮，均勻，穩(wěn)定的 視覺系統(tǒng)使用的光源主要有三種 高頻熒光燈 光纖鹵素?zé)?LED（發(fā)光二極管）光源 高頻熒光燈高頻熒光燈 使用壽命約15003000小時 優(yōu)點(diǎn)：擴(kuò)散性好、適合大面積均勻照射 缺點(diǎn)：響應(yīng)速度慢，亮度較暗 光纖鹵素?zé)艄饫w鹵素?zé)?使用壽命約1000小時 優(yōu)點(diǎn)：亮度高 缺點(diǎn)：響應(yīng)速度慢，幾乎沒有光亮度和色

2、溫的變化 LED光源光源 使用壽命約1000030000小時 可以使用多個LED達(dá)到高亮度，同時可組合不同的形狀 響應(yīng)速度快，波長可以根據(jù)用途選擇高頻熒光燈高頻熒光燈鹵素?zé)酐u素?zé)鬖EDLED光源光源價格價格低低高高中中亮度亮度低低高高中中穩(wěn)定性穩(wěn)定性低低中中高高閃光裝置閃光裝置無無無無有有使用壽命使用壽命中中低低高高光線均勻度光線均勻度高高中中低低多色光多色光無無無無有有復(fù)雜設(shè)計復(fù)雜設(shè)計低低中中高高溫度影響溫度影響中中低低高高 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（約3萬小時，間斷使用壽命更長

3、）； 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(yùn)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。 主要顏色主要顏色 紅色 藍(lán)色 綠色 白色 其他顏色其他顏色 橙色 紅外 紫外 每一種類型的LED都有特別的光譜 CCD攝像機(jī)的靈敏度受光譜的影響根據(jù)被測物的特征改變打光方式，可以突出被測物根據(jù)被測物的特征改變光源的顏色，可以得到對比鮮明的圖像 光在真空中呈直線傳播 光的反射 入射角 = 反射角 光的折射 受到材質(zhì)的影響 光的透射 材質(zhì)和厚度影響透射率 光的波長越長,對物

4、質(zhì)的透過力越強(qiáng) 光的吸收 形成色差 照射光的種類n直射光 主要來自于一個方向的光，可以在亮色和暗色陰影之間產(chǎn)生相對高的對比度圖像。n漫射光（擴(kuò)散光） 各種角度的光源混合在一起的光。日常的生活用光幾乎都是擴(kuò)散光。n偏光光 在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，光矢量只沿某一個固定方向振動的光。通常是利用偏光板（片）來防止特定方向的反射。n平行光 照射角度一致的光。太陽光就是平行光。發(fā)光角度越窄的LED直射光越接近平行光。 直射光和漫射光 (Regular light & Diffused light)明亮、射角窄、會有光點(diǎn)較暗、射角寬無光點(diǎn)、光斑均勻 鏡面反射和漫反射 (Regular reflec

5、tion & Diffused reflection)明亮與照射距離無關(guān)與角度有關(guān)不反映照射物的顏色較暗與照射距離有關(guān)與角度無關(guān)反映照射物的顏色表面光滑表面光滑表面粗糙表面粗糙 明視野和暗視野 (Bright field & Dark field)照明照明反射光反射光(明視野明視野)透射光透射光(明視野明視野)照射平面照射平面散亂光散亂光(暗視野暗視野)(暗視野暗視野)明視野：用直射光來觀察對象物（散亂光呈黑色） 暗視野：用散亂光來觀察對象物（散亂光呈白色） FPQ-75 LWD 90mmFPQ-75 LWD 10mm暗視野照明明視野照明 案例一塑料飲料瓶肩部OCR條型照明(直

6、接光) 案例二硬幣鑄造暗視野照明明視野照明 折射照明 (Refraction light) 光由一種介質(zhì)(物質(zhì))斜射到另一種介質(zhì)，傳播方向發(fā)生改變 當(dāng)入射角滿足一定的條件時，不會發(fā)生折射鉆石 棱角測定 透射照明 (Penetrating light)背光的運(yùn)用 透射照明，即使光線透射對象物，并觀察其透射光的照明手法 因材質(zhì)和厚度不同，對光的透過特性(透明度)各異 光根據(jù)其波長之長短，對物質(zhì)的穿透能力(穿透率)各異 波長越長，對物質(zhì)的透過力越強(qiáng)。 波長越短，在物質(zhì)表面的擴(kuò)散率(反射和透射的比率)越大擴(kuò)散比率擴(kuò)散比率顏色顏色波長波長(nm) 擴(kuò)散比率擴(kuò)散比率紅外紅外9500.23紅紅6601.00

7、綠綠5252.25藍(lán)藍(lán)4703.89紫外紫外37010.12 案例一讀取塑封帶內(nèi)的讀取塑封帶內(nèi)的TSOP型號型號使用紅色照明(660nm)使用藍(lán)色照明(470nm) 案例二印刷字檢測 (LDL-42x15-BL) 案例三藥片包裝 (LDL-TP-51x51) 案例四電纜導(dǎo)線的破損檢查使用LFL-100平面背光使用LFV-70同軸光 顏色和補(bǔ)色紅紅藍(lán)藍(lán)綠綠黃黃品紅品紅青青白白光的三原色 R 紅 G 綠 B 藍(lán)色彩的三原色 C 青 M 品紅 Y 黃R、C；G、M；B、Y互為補(bǔ)色互為補(bǔ)色 照射物白色光(混合色)藍(lán)色其它顏色被吸收 非發(fā)光物體的顏色 測試白光紅光藍(lán)光綠光 案例一樹脂芯片的表面檢測使用綠

8、光可以檢測芯片和導(dǎo)線使用紅光單獨(dú)檢測芯片 案例二金屬涂層的表面檢測(銅導(dǎo)線上涂有銀涂層)使用藍(lán)光可以檢測圖層使用紅光可以檢測基板 案例三BGA焊點(diǎn)檢測使用藍(lán)光可以單獨(dú)提取焊接點(diǎn)使用紅光出現(xiàn)問題：可以看到底部的導(dǎo)線 偏光器(Polarizer)偏光鏡片偏光板兩者結(jié)合，用來消除照明時產(chǎn)生的泛光 偏光技術(shù)的應(yīng)用未使用偏光器使用偏光器 防外亂光濾鏡(Shape-cut filter)R-64系列V-44系列 防外亂光濾鏡的應(yīng)用金屬工件的輪廓檢測由于來自室內(nèi)的光源產(chǎn)生了漫射由于來自室內(nèi)的光源產(chǎn)生了漫射光，其他不需要的細(xì)節(jié)也進(jìn)入了光，其他不需要的細(xì)節(jié)也進(jìn)入了攝像機(jī)攝像機(jī)添加濾鏡將漫射光濾掉，從而得添加濾鏡將漫射光濾掉，從而得到對比度良好的對象輪廓到對比度良好的對象輪廓 平行光學(xué)裝置(Collimated-lighting) 平行光的應(yīng)用紐扣電池表面的凹陷和劃痕平行光平行光同