機(jī)器視覺光源選擇方法課件

光源選型原理及使用方法上海圖星電子科技有限公司張勤健機(jī)器視覺集成---光源篇機(jī)器視覺光源選擇方法索引光源的重要性光源的需求分析（用途）光源顏色照射方式（結(jié)構(gòu)與角度）打光過程中常用的輔助手段照明系統(tǒng)的指導(dǎo)方法解決問題的一般過程其他因素光源選擇的注意事項(xiàng)案例分析機(jī)器視覺光源選擇方法不同光源將直接影響圖像的成像質(zhì)量和效果不同的應(yīng)用場(chǎng)合，光源的重要性體現(xiàn)（比重）光源的重要性

10％？

30％？

60％？......選擇合適的光源，可突顯良好的圖像效果（特征點(diǎn)），可以簡(jiǎn)化算法，提高檢測(cè)精度、保證檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由上圖可見不同的光源產(chǎn)生了完全不同的成像效果，從而也導(dǎo)致不同的檢測(cè)算法（優(yōu)選及簡(jiǎn)化）。機(jī)器視覺光源選擇方法光源的需求分析

任務(wù)：檢測(cè)（識(shí)別）、測(cè)量、定位、條形碼、字符識(shí)別、三維掃描等。性能要求：如檢測(cè)內(nèi)容、檢測(cè)速度、檢測(cè)精度等。其他配合：如相機(jī)、鏡頭、軟件、安裝方式等機(jī)器視覺光源選擇方法光源顏色光譜圖（波長-頻率）色溫譜（暖-冷）常用光源顏色有：白色、藍(lán)色、紅色、綠色、紅外、紫外。機(jī)器視覺光源選擇方法LED光源型號(hào)參數(shù)示意圖代碼顏色波長（nm）R紅625G綠517B藍(lán)465V紫400W白色溫：5500kIR紅外850UV紫外385機(jī)器視覺光源選擇方法光源顏色白色光源（W）

白色光源通常用色溫來界定,色溫高的顏色偏藍(lán)色(冷色，色溫>5000K)，色溫低的顏色偏紅(暖色，色溫<3300K)，界于3300與5000K之間稱之為中間色，白色光源適用性廣，亮度高，特別是拍攝彩色圖像時(shí)使用更多。藍(lán)色光源（B）

藍(lán)色光源波光為430-480之間，適用產(chǎn)品：銀色背景產(chǎn)品（如鈑金，車加工件等）、薄膜上金屬印刷品機(jī)器視覺光源選擇方法光源顏色紅色光源（R）

紅色光源的波長通常在600-720之間，其波長比較長，可以透過一些比較暗的物體，例如底材黑色的透明軟板孔位定位、綠色線路板線路線路檢測(cè)，透光膜厚度檢測(cè)等，采用紅色光源更能提高對(duì)比度；綠色光源（G）

綠色光源波長510-530，界于紅色與藍(lán)色之間，主要針對(duì)產(chǎn)品：紅色背景產(chǎn)品，銀色背景產(chǎn)品（如鈑金，車加工件等）。機(jī)器視覺光源選擇方法光源顏色紅外光（IR）

紅外光的波長一般為780-1400，我司大多采用940波長的紅外光，紅外光屬于不可見光，其透過力強(qiáng)。一般LCD屏檢測(cè)、視頻監(jiān)控行業(yè)應(yīng)用比較普遍；紫外光（UV）

紫外光的波長一般為190-400，我司主要采用385波長的紫外光，其波長短，穿透力強(qiáng)，主要應(yīng)用于證件檢測(cè)、觸摸屏ITO檢測(cè)、布料表面破損、點(diǎn)膠溢膠檢測(cè)等方面，金屬表面劃痕檢測(cè)等；機(jī)器視覺光源選擇方法光源顏色特點(diǎn)：是一種波長范圍在0.01nm到10nm之間的電磁波，波長短，透視效果良好（密度，通透量，陰影，灰階圖）。應(yīng)用：工業(yè)上應(yīng)用廣泛，常用于各種行業(yè)的透視檢測(cè)X-Ray射線檢測(cè)女鞋機(jī)器視覺光源選擇方法光源顏色主色：紅、黃、藍(lán)、綠右圖中，綠色背景采用紅色光源提高對(duì)比度（灰階圖像）通過互補(bǔ)色增加對(duì)比度互補(bǔ)色：也稱為對(duì)比色，互補(bǔ)色在色環(huán)（右圖）上相互對(duì)應(yīng)。兩種互補(bǔ)色等強(qiáng)度混合可以得到白色。

如果希望更加鮮明地突出某些顏色，則選擇色環(huán)上想對(duì)應(yīng)的互補(bǔ)顏色，這樣可以明顯地提高圖像的對(duì)比度。

機(jī)器視覺光源選擇方法合理運(yùn)用顏色過濾背景光源顏色紅色光源白色光源紅色的光源過濾掉紅色的文字機(jī)器視覺光源選擇方法光源顏色提高光源的顯色性顯色性好的光源可以比較真實(shí)的還原物體的真實(shí)原色。采用自然光源可提高顏色的顯色性機(jī)器視覺光源選擇方法光源的照射方式機(jī)器視覺光源選擇方法照射方式光源是影響機(jī)器視覺圖像質(zhì)量的重要因素，照明對(duì)輸入數(shù)據(jù)的影響至少占到30

%。好的打光方式可以準(zhǔn)確捕捉物體特征，提高物體與背景的對(duì)比度。常見的打光方式有以下幾種：前面打光法后面打光法結(jié)構(gòu)光打光法混合多方式照明特殊式機(jī)器視覺光源選擇方法照射方式角度照射特點(diǎn)：在一定工作距離下，光束集中、亮度高、均勻性好、照射面積相對(duì)較小。常用于液晶校正、塑膠容器檢查、工件螺孔定位、標(biāo)簽檢查、管腳檢查、集成電路印字檢查等(30、45、60、75等角度環(huán)光*)。應(yīng)用*不同的光源公司對(duì)角度的定義不同，在選購合適的光源的同時(shí)要慎重機(jī)器視覺光源選擇方法照射方式垂直照射特點(diǎn)：照射面積大、光照均勻性好、適用于較大面積照明?？捎糜诨缀途€路板定位、晶片部件檢查等（0角度環(huán)光、面光源*）。應(yīng)用*不同的光源公司對(duì)角度的定義不同，在選購合適的光源的同時(shí)要慎重機(jī)器視覺光源選擇方法照射方式低角度照射特點(diǎn)：對(duì)表面凹凸表現(xiàn)力強(qiáng)。適用于晶片或玻璃基片上的傷痕檢查（90度環(huán)光*）應(yīng)用*不同的光源公司對(duì)角度的定義不同，在選購合適的光源的同時(shí)要慎重機(jī)器視覺光源選擇方法照射方式背光照射特點(diǎn)：發(fā)光面是一個(gè)漫射面，均勻性好?？捎糜阽R面反射材料，如晶片或玻璃基底上的傷痕檢測(cè)；LCD檢測(cè)；微小電子元件尺寸、形狀，靶標(biāo)測(cè)試。（背光源、平行背光源）應(yīng)用機(jī)器視覺光源選擇方法照射方式多角度照射特點(diǎn)：RGB三種不同顏色不同角度光照，可以實(shí)現(xiàn)焊點(diǎn)的三維信息的提取。適用于組裝機(jī)板的焊錫部份、球形或半圓形物體、其它奇怪形狀物體、接腳頭（AOI光源）應(yīng)用機(jī)器視覺光源選擇方法照射方式特點(diǎn)：360度底部發(fā)光，通過碗狀內(nèi)壁發(fā)射，形成球形均勻光照。用于檢測(cè)曲面的金屬表面文字和缺陷。（球積分光源，通常也叫圓頂光）碗狀光照明應(yīng)用機(jī)器視覺光源選擇方法同軸光照明特點(diǎn)：類似于平行光的應(yīng)用，光源前面帶漫反射板，形成二次光源，光線主要趨于平行。用于半導(dǎo)體、PCB板、以及金屬零件的表面成像檢測(cè)，微小元件的外形、尺寸測(cè)量。（同軸光源，平行同軸光源）應(yīng)用照射方式機(jī)器視覺光源選擇方法護(hù)照檢測(cè)：同軸光，條形光，環(huán)形光，組合使用，以適應(yīng)各種缺陷對(duì)位裝置：環(huán)形光，同軸光，既能實(shí)現(xiàn)Mark點(diǎn)定位，又能實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能多色組合光源：應(yīng)輕松應(yīng)對(duì)不同顏色的工件其他光源及照射方式照射方式機(jī)器視覺光源選擇方法照射方式當(dāng)目前標(biāo)準(zhǔn)光源產(chǎn)品不能滿足要求時(shí)，就需要進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)的選型與設(shè)計(jì)。我公司可為客戶提供非標(biāo)準(zhǔn)光源的定制?？蛻籼岢鱿敕ɑ蛘咭笸ㄟ^實(shí)驗(yàn)確定設(shè)計(jì)方案和客戶討論方案可行性產(chǎn)品試制協(xié)助客戶使用機(jī)器視覺光源選擇方法輔助手段

機(jī)器視覺系統(tǒng)是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程，不同的工廠，不同的生產(chǎn)線，不同的工作環(huán)境對(duì)光源亮度，工作距離，照射角度等的要求差別很大。有時(shí)受限于具體的應(yīng)用環(huán)境，不能直接通過光源類型或照射角度的調(diào)整而獲取良好的視覺圖像，我們就常常需要借助于一些特殊的輔助光學(xué)器件。常見的輔助光學(xué)器件有：反射鏡：反射鏡可以簡(jiǎn)單方便的改變優(yōu)化光源的光路和角度，從而為光源的安裝提供了更大的選擇空間。分光鏡：分光鏡通過特殊的鍍膜技術(shù)，不同的鍍膜參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)反射光和折射光比例的任意調(diào)節(jié)。機(jī)器視覺光源中的同軸光就是分光鏡的具體應(yīng)用。棱鏡：不同頻率的光在介質(zhì)中的折射率是不同的，根據(jù)光學(xué)的這一基本原理可以把不同顏色的復(fù)合光分開，從而得到頻率較為單一的光源。機(jī)器視覺光源選擇方法輔助手段偏振片：光線在非金屬表面的反射是偏振光，借助于偏振片可以有效的消除物體的表面反光。同時(shí)，偏振片在透明或半透明物體的應(yīng)力檢測(cè)上也有很好的應(yīng)用。漫射片：漫射片是機(jī)器視覺光源中比較常見的一種光學(xué)器件，它可以使光照變得更均勻，減少不需要的反光。光纖：光纖可以將光束聚集于光纖管中，使之想水流一樣便于光線的傳輸，為光源的安裝提供了很大的靈活性。機(jī)器視覺光源選擇方法打光的指導(dǎo)方法機(jī)器視覺光源選擇方法指導(dǎo)方法光源選型時(shí)打光的指導(dǎo)方法：光線太暗或太亮?xí)绊懸曈X系統(tǒng)。光線的主要功能是產(chǎn)生光學(xué)信號(hào)。減少噪聲是照明要解決的主要問題之一。只有來自目標(biāo)并到達(dá)鏡頭的光線才是有效的光線。進(jìn)入鏡頭但非來自目標(biāo)的光線為雜散光，它將降低圖像攝取裝置的成像質(zhì)量。來自目標(biāo)的任意光線都應(yīng)填滿鏡頭的入瞳。機(jī)器視覺光源選擇方法其他因素市場(chǎng)上各種機(jī)器視覺光源越來越多，如何選擇一款適合項(xiàng)目需求的光源產(chǎn)品，是擺在很多應(yīng)用工程師面前的一個(gè)難題。這個(gè)問題本身很難總結(jié)出一個(gè)千篇一律的結(jié)論，我們這里只是提出一些需要加以注意的地方供大家參考。光源設(shè)計(jì)

主要包括光源設(shè)計(jì)的是否合理，視場(chǎng)內(nèi)光照是否均勻，擴(kuò)展性（可否加裝漫射板，偏光鏡等）是否良好，安裝是否方便等。產(chǎn)品質(zhì)量

產(chǎn)品質(zhì)量問題是我們尤其需要關(guān)注的問題。它包括芯片的使用壽命，亮度衰減快慢，色溫范圍，發(fā)光均勻性，散熱合理性等問題。性價(jià)比

優(yōu)越的性價(jià)比是一個(gè)優(yōu)秀的企業(yè)采購者的極致追求。工作距離

不同的光源的最佳工作距離是不同的。在實(shí)際應(yīng)用由于場(chǎng)地，環(huán)境的限制，工作距離尤其需要引起我們的注意。技術(shù)支持

良好的技術(shù)支持是項(xiàng)目得以順利進(jìn)行的保障。機(jī)器視覺光源選擇方法解決問題的一般過程光源選型的一般過程如下：提出問題定義檢測(cè)目標(biāo)收集制定完整的規(guī)格列表可行性研究：

a這個(gè)零件是如何被肉眼看到的；b這個(gè)零件將如何照射其上的光學(xué)特性；c將自己想成這個(gè)零件概念設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室的反復(fù)試驗(yàn)原型產(chǎn)品生產(chǎn)試用、反饋、改進(jìn)批量生產(chǎn)、制造。機(jī)器視覺光源選擇方法注意事項(xiàng)光源選擇的注意事項(xiàng)1、鏡頭的工作距離；2、現(xiàn)場(chǎng)的安裝障礙；3、照明對(duì)象的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況；4、照明對(duì)象特征是否存在特殊性；5、圖像是否需要彩色；6、安裝的便利性；7、成本；滿足應(yīng)用，綜合考慮，理論分析，最后實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。機(jī)器視覺光源選擇方法光源選擇要領(lǐng)條光選型要領(lǐng)：1、條光照射寬度最好大于檢測(cè)的距離，否則可能會(huì)照射距離遠(yuǎn)造成亮度差，或者是距離近而幅射面積不夠；2、條光長度能夠照明所需打亮的位置即可，無須太長造成安裝不便，同時(shí)也增加成本,一般情況下，光源的安裝高度會(huì)影響到所選用條光的長度，高度越高，光源長度要求越長，否則圖像兩側(cè)亮度傳經(jīng)比中間暗；3、如果照明目標(biāo)是高反光物體，最好加上漫射板，如果是黑色等暗色不反光產(chǎn)品，也可以拆掉漫射板以提高亮度；機(jī)器視覺光源選擇方法光源選擇要領(lǐng)環(huán)光選型要領(lǐng)：1、了解光源安裝距離，過濾掉某些角度光源；例如要求光源安裝尺寸高，就可以過濾掉大角度光源，選擇用小角度光源，同樣，安裝高度越高，要求光源的直徑越大；2、目標(biāo)面積小，且主要特性在表面中間，可選擇小尺寸0角度或小角度光源；3、目標(biāo)需要表現(xiàn)的特征如果在邊緣，可選擇90度角環(huán)光，或大尺寸高角度環(huán)形光；4、檢測(cè)表面劃傷，可選擇90度角環(huán)光，盡量選擇波長短的光源；機(jī)器視覺光源選擇方法光源選擇要領(lǐng)條形組合光選型要領(lǐng)：

1、條形組合光在選擇時(shí)，不一定要按照資料上的型號(hào)來選型，因?yàn)楸粶y(cè)的目標(biāo)形狀、大小各不一樣，所以可以按照目標(biāo)尺寸來選擇不同的條形光源進(jìn)行組合；2、組合光在選擇時(shí)，一定要考慮光源的安裝高度，再根據(jù)四邊被測(cè)特征點(diǎn)的長度寬度選擇相對(duì)應(yīng)的條形光進(jìn)行組合；機(jī)器視覺光源選擇方法光源選擇要領(lǐng)背光源/平行背光源造型要領(lǐng)1、選擇背光源時(shí)，根據(jù)物體的大小選擇合適大小的背光源，以免增加成本造成浪費(fèi)；2、背光源四周一條由于的外殼遮擋，因此其亮度會(huì)低于中間部位，因此，選擇背光源時(shí)，盡量不要使目標(biāo)正好位于背光源邊緣；3、背光源一般在檢測(cè)輪廓時(shí)，可以盡量使用波長短的光源，波長短的光源其衍射性弱，圖像邊緣不容易產(chǎn)生重影，對(duì)比度更高；4、背光源與目標(biāo)之間的距離可以通過調(diào)整來達(dá)到最佳的效果，并非離得越近效果越好，也非越遠(yuǎn)越好；6、檢測(cè)液位可以將背光源側(cè)立使用；5、圓軸類的產(chǎn)品，螺旋狀的產(chǎn)品盡量使用平行背光源；機(jī)器視覺光源選擇方法光源選擇要領(lǐng)同軸光造型要領(lǐng)1、選擇同軸光時(shí)主要看其發(fā)光面積，根據(jù)目標(biāo)的大小來選擇合適發(fā)光面積的同軸光；2、同軸光的發(fā)光面積最好比目標(biāo)尺寸大1.5~2倍左右,因?yàn)橥S光的光路設(shè)計(jì)是讓光路通過一片45度半反半透鏡改變,光源靠近燈板的地方會(huì)比遠(yuǎn)離燈板的亮度高,因此,盡量選擇大一點(diǎn)的發(fā)光面避免光線左右不均勻;3、同軸光在安裝時(shí)盡量不要離目標(biāo)太高，越高，要求選用的同軸光越大，才能保證才均勻性；機(jī)器視覺光源選擇方法光源選擇要領(lǐng)平行同軸光選型要領(lǐng)：1、平行同軸光光路設(shè)計(jì)獨(dú)特，主要適用于檢測(cè)各種劃痕；2、平行同軸光與同軸光表現(xiàn)的牲點(diǎn)不一樣，不能替代同軸光使用；3、平行同軸光檢測(cè)劃傷之類的產(chǎn)品，盡量不要選擇波長長的光源；機(jī)器視覺光源選擇方法打光要點(diǎn)分析其他光源選型要領(lǐng)：1、了解特征點(diǎn)面積大小，選擇合適尺寸的光源；2、了解產(chǎn)品特性，選擇不同類型的光源；3、了解產(chǎn)品的材質(zhì)，選擇不同顏色的光源；4、了解安裝空間及其他可能會(huì)產(chǎn)生障礙的情況，選擇合適的光源；機(jī)器視覺光源選擇方法案例分析機(jī)器視覺光源選擇方法案例分析檢測(cè)的內(nèi)容主要有水印、微縮文字、人圖象、證件的有效時(shí)間、以及其他暗號(hào)。需要多種光源(同軸光,組合條光,條光)組合使用。護(hù)照檢測(cè)機(jī)器視覺光源選擇方法案例分析水印：365nm8000K亮度在8000MCD4500K水?。?65nm機(jī)器視覺光源選擇方法案例分析940nm585nm＋365nm365nm假護(hù)照機(jī)器視覺光源選擇方法案例分析酒瓶蓋條碼檢測(cè)

檢測(cè)的內(nèi)容主要有條碼識(shí)別、條碼打標(biāo)位置是否偏離；使用光源：204mm、60度藍(lán)光單個(gè)瓶蓋要求裝在包裝箱里檢測(cè)機(jī)器視覺光源選擇方法案例分析選型分析：1、了解產(chǎn)品特性：瓶蓋上面是黑色，另有紅黑交錯(cuò)背景圖案，條碼為激光刻印顯灰色，為了顯現(xiàn)出條碼，應(yīng)該將字符打亮，背景與字符分辨明顯；我們?nèi)绻x用紅色光源的話，背景中的紅色會(huì)濾掉打白，會(huì)干擾同為白色的字符，所以，我們應(yīng)該利用光源的互補(bǔ)原理，采用藍(lán)色光源，將紅色背景盡量打黑；

白色光源效果藍(lán)色光源效果機(jī)器視覺光源選擇方法案例分析2、了解產(chǎn)品形狀選擇合適光源瓶蓋為圓形，直徑為25MM，一般此情況可以選擇同軸光或者環(huán)形光比較合適；3、了解產(chǎn)品材質(zhì)特性選擇合適光源瓶蓋為金屬材料，表面有印刷圖案，比較光滑，反光度很強(qiáng)，選用同軸光或帶角度的環(huán)形光比較合適；4、模擬現(xiàn)場(chǎng)打光選擇能用的光源由于酒瓶必須裝在包裝紙箱里，瓶蓋離紙箱上頂部的距離有80MM，考慮需要留一定的空間，因此，瓶蓋離光源需要的距離為100MM或以上，如此高的距離，小同軸光跟小環(huán)光以及低角度光就不能滿足要求，必須選用大同軸光跟大環(huán)光機(jī)器視覺光源選擇方法案例分析5、打光試驗(yàn)根據(jù)以上情況選擇大致的光源后，再進(jìn)行性價(jià)比對(duì)比，選擇性價(jià)比高的光源進(jìn)行實(shí)際打光測(cè)試（同軸光如果提到110MM距離的話，需要用到120左右的光，單位價(jià)值比較高，所以選擇環(huán)形光比較經(jīng)濟(jì)）采用180mm、30度藍(lán)色環(huán)光在110MM高度打光周邊亮帶反光強(qiáng)，不利于找中心位。采用204mm、60度藍(lán)色環(huán)光在110MM高度不會(huì)將光源LED亮斑影投射到瓶蓋上。機(jī)器視覺光源選擇方法案例分析6、最終確定光源根據(jù)打光效果圖進(jìn)行軟件處理，在得到可靠性及準(zhǔn)確性

的條件下選擇正確的光源。機(jī)器視覺光源選擇方法案例分析以上述案例可以看出:1、產(chǎn)品的顏色影響光源的顏色；2、產(chǎn)品的特性可以確定光源的照射方式，從而確定光源的類型；3、產(chǎn)品的安裝空間及相機(jī)、鏡頭、傳感器的位置等障礙可以摒棄一些不方便安裝的光源；4、光源的安裝高度影響光源的類型及大?。粰C(jī)器視覺光源選擇方法案例分析手機(jī)蓋板ITO檢測(cè)檢測(cè)手機(jī)屏ITO線路是否斷路，短路，尺寸等機(jī)器視覺光源選擇方法案例分析選型分析：1、了解產(chǎn)品特性：ITO薄膜是一種n型半導(dǎo)體