自動化集成系統配套服務商-日弘智能今天為大家講講機器視覺系統LED照明技術有哪幾種?選擇光源的一些技巧。目前，應用在機器視覺領域的LED光源可以分為2大類：一類是正面照明，一類是背面照明。

　　正面照明用于檢測物體表面特征，背面照明用于檢測物體輪廓或透明物體的純凈度。

　　正面光源按照光源結構分，有環形燈、條形燈、同軸燈和方形燈。

　　1 環形LED光源

　　環形狀的光源是不會看到影子的光源方式。它又包括直射環形、漫反射環、Dome燈等;按照角度又可分為：完全直射環形、帶角度環形、低角度環形等。直射環形適合高速檢測遠距離照射;漫反射環形適合檢測反光物體檢測;Dome燈即圓頂型散射光源主要用于檢測球型或曲面物體檢測，它不是直接照射，而是通過多次漫反射照到被測物體，光照效果類似陰天的太陽光。

　　環形光源，采用LED按圓周排列，發出的光線向內匯聚，多用于金屬工件刻印字符、光滑表面劃痕、瓶口尺寸或裂紋、平面工件表面質量等的檢測。光源發出的光不直接進入相機，瑕疵等表面的變化引起光線改變方向進行鏡頭，從而實現了高對比度，一般黑背景均用此類光源實現。光源的尺寸和光線角度等選擇直接依賴于被測工件的光學性質。

　　1.1 直射環形光源

　　直接照射環形光源，按照射角度分，有直射環形(垂直照射)，帶角度環形，低角度環形和水平照射環形等。不同的角度適合不同的檢測要求。

　　1.1.1 直射環形(垂直照射)光源

　　例如，采用該照明方式，可用于金屬齒輪的外形檢測。

　　1.1.2 帶角度環形光源

　　1.1.3 低角度環形光源

　　照射角度很低，有利于突出邊緣輪廓。多應用場合于晶片或玻璃底基上的劃痕監測;刻印文字的讀取;工作邊緣輪廓抽取檢查等。圖11為低角度環形光源的照明方式。例如，采用該照明方式，可實現電池底部刻印的檢測。

　　1.1.4 水平照射環形光源

　　圖12為水平照射環形光源的照明方式。該照明方式可用于玻璃瓶口破損的檢測。

　　1.1.5 無影環形光源

　　又稱為Dome燈，通過半球形的內壁多次反射，可以完全消除陰影，實現全空間區域的漫射光照明，對于凹凸不平的表面檢測起到特殊作用，主要用于球形或曲面物體缺陷檢測、金屬、鏡面或玻璃等具有光澤物體的表面檢測。

　　圖13為無影環形光源的照明方式。

　　1.2 條形光源

　　條形光源主要有兩個應用，一個是寬幅檢測，2個或4個條形組合使用;另一個是線掃描的照明。

　　將條形光源組合使用，它的最大特點是每個方向的光源照射角度可調，因為光源的照射角度對最終的圖像效果有很大影響。靈活性比較大，但調試時也相對費事一些。圖14為寬幅檢測條形光源的照明方式。例如，該照明方式可用于商品的印字檢測。

　　線掃描照明，也稱聚光光源，是配合線掃描相機使用的。線掃描相機每次都是采集一條線，且曝光時間短，對光源亮度要求很高。對光源和相機來說，有效的工作區域都是一個窄條。也就是保證光源照在這個最亮的窄條與相機芯片要完全平行，否則只能拍到相交叉的一個亮點。所以線光源有兩個特別的要求，就是均勻性和直線性。因為線光源不同位置的亮暗差異，會直接影響圖像的亮度高低。光源需要采用聚光鏡，使光線集中照到一條線上，這樣才能準確控制圖像的穩定性。出光部分的直線性，取決于LED發光角度的一致性、聚光透鏡的直線性以及線光源外殼的直線性。圖15為線掃描條形光源的照明方式。

　　線掃描照明，常用的有幾種辦法：超高亮LED+聚光鏡、光纖+聚光鏡、高頻熒光燈+聚光鏡。其中第二種方案亮度特高，成本也較高，需要定期更換鹵素燈泡;第三種方案成本低，但要使用高頻電源。

　　1.3 同軸光源

　　同軸照明是指照明光線平行地穿越固定式同軸鏡頭的垂直面，對于觀察非常平整或拋光的表面是非常理想的，例如鏡子表面的劃痕或者其他瑕疵。

　　圖16為同軸光源的照明方式。LED的高亮度均勻的光線通過半透半反鏡后成為與鏡頭同軸的光線，用于均勻照射具有反射性的工作界面，對光潔表面上的異常特征成像突出，表現力好，主要用于金屬玻璃等光潔表面的劃痕檢測，芯片和硅片的破損檢測，PC模板的圓譜等的檢測。同時，同軸光的光源位于照明光路的側面，這樣的照射方式可以減少光路的復雜性，避免光源的放置給光路帶來的不必要的麻煩。例如，軸承外側傷痕檢測。

　　同軸光源屬于類平行光的應用，光源前面帶漫反射板，形成二次光源，光源主要方向趨于平行，但是有少量非平行光成分。

　　但是需要注意的是：同軸燈可以消除反光，但只適合檢測平面的物體，而不適合檢測有弧度的物體。因為同軸燈讓相機只能接收與物體垂直，也就是和鏡頭同軸的光線，所以就叫同軸燈。

　　同軸光源還有一種，就是點光源。因為點光源是和同軸鏡頭配合使用。事實上，只是把上面同軸燈45°半透半反的玻璃，移植到鏡頭里面去，所以選的是同軸鏡頭。點光源的發光部分為一個很小的圓面，近似一個點。可組合使用重點照明或補光照明。例如，用于細小元件的外觀檢測，是否有裂縫、破損，或者電極位置。

　　1.4 背光源

　　背光的作用就是讓透光和不透光的部分，區分開來：透光的地方呈白色，不透光呈黑色。這樣取得一個黑白對比的圖片。選擇光源一個是選型，一般需要均勻性好;二是看穿透力，如果需要穿透力強的話就可以選紅外光源，因為波長長，穿透力更強。

　　LED燈用于背面照明(檢測物體輪廓或通明物體的純凈度)，其發光部分為一漫射面，均勻性好，用于觀察放在鏡頭和光源之間的被檢查對象的形狀，透明物體的傷痕，異物混入等的檢查。可以得到對比強、穩定的成像。但是安裝時，需要比物體更大的光源發光面，在物體的后方設置光源空間等。

　　1.5 機器視覺LED光源顏色選型

　　光源一般有紅、綠、藍、白、紅外和紫色等顏色。

　　紅色用得最多，因為紅色LED成本低，并且黑白CCD芯片對660nm紅色光線最敏感。

　　藍色波長短，適合檢測金屬物體表面質量。

　　紫外的波長更短，其散射性更好。

　　白色是中性顏色，適合拍彩色圖片，或者被測物體的顏色在變化的。

　　綠色的亮度很高，且波長和藍色接近，所以有時可用綠色代替藍色。

　　紅外用于半透明等的物體檢測。

　　使用相同顏色的光或相近顏色的光源照射可以使被照射部分變亮;使用相反顏色的光或相反顏色的光源照射可以使被照射部分變暗。

　　不同的波長，對物質的穿透力(穿透率)不同，波長越短，對物體的穿透力愈強，波長越長，對物質表面的擴散率愈大。

　　1.6 LED照明方式的選擇

　　一般情況下，在選擇光源時需要考慮五個技術方面的因素：方向、光譜、偏振性、強度、均勻性。

　　然后根據了解的相關前提信息，包括：

　　①檢測內容，如外觀檢查、尺寸測量、定位等;

　　②被測物的形態、顏色、材料、運動狀態等;

　　③相應的限制條件，如工作距離、工作條件、工作環境和相機類型等，選擇出合適的光源類型。

　　最后再根據預算、使用習慣、品牌知名度等對不同品牌的相同或類似類型產品進行比較選擇。

　　在選擇光源時，都習慣性的有一個假設前提：這個光源是穩定可靠的。因為光源、相機、鏡頭此類機器視覺系統前端的產品通常是在接近理想的清潔或者良好的環境中使用的。但是，工業現場生產線上的光源等產品經常必須在有毒、高溫、強濕、骯臟的環境中運行，并且必須要承受振動和熱應力，因此，工業用途中使用的光源等產品需要在設計、選料、生產的時候就考慮到特殊的使用環境并使其產品能使用這種環境的應用。

　　選擇光源的一些技巧：

　　①當需要前景與背景更大的對比度時，可以考慮用黑白相機與彩色光源;

　　②對于環境光的問題，可以嘗試用單色光源，再搭配一個濾鏡;

　　③對于閃光的曲面物體，可以用散射圓頂光源;

　　④對于閃光的平的物體，但是粗糙的表面，可以用同軸散射光源;

　　⑤如果檢測物體表面的形狀，可以用低角度光源;

　　⑥檢測塑料的時候，可以用紫外或紅外光源;

　　⑦當需要通過反射的表面看特征時，可以用低角度線光源;

　　⑧當單個光源不能有效解決問題時可以用組合光源。

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