机器视觉系统光源的选择

　　一、机器视觉光源的种类

　　光源是影响机器视觉系统输入的重要因素，因为它直接影响输入数据的质量和至少30%的应用效果。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，要选择相应的照明装置，以达到最佳效果。许多工业用的机器视觉系统用可见光作为光源，这主要是因为可见光容易获得，价格低，并且便于操作。常用的几种可见光源是白帜灯、日光灯、水银灯和钠光灯。但是，这些光源的一个最大缺点是光能不能保持稳定。以日光灯为例，在使用的第一个100小时内，光能将下降15%，随着使用时间的增加，光能将不断下降。因此，如何使光能在一定的程度上保持稳定，是实用化过程中急需要解决的问题。另一个方面，环境光将改变这些光源照射到物体上的总光能，使输出的图像数据存在噪声，一般采用加防护屏的方法，减少环境光的影响。由于存在上述问题，在现今的工业应用中，对于某些要求高的检测任务，常采用x射线、超声波等不可见光作为光源。 但是在一般的应用中，LED机器视觉光源逐渐成为主角。

　　二、LED机器视觉光源特点

　　LED光源有以下几个特点：1、使用寿命长，一万到三万小时左右。2、LED光源是由很多个LED颗粒摆列组成，可以组成不同形状不同角度的光源。3、LED颗粒有不同的颜色不同的波长，用户可以根据检测对象的特征选用不同波长的光源，以突出检测特征从而达到理想的效果。4、稳定性好。LED光源相对其他光源来说，稳定性大大增强，更加有利于为系统提供高品质的图像。

　　三、LED光源的照明方式

　　由光源构成的照明系统按其照射方法可分为：背向照明、前向照明、结构光和频闪光照明等。

　　其中，背向照明是被测物放在光源和相机之间，它的优点是能获得高对比度的图像，LED面光源和平行光源是这样使用的，常用来突出产品的轮廓，比如工件的尺寸测量就是使用这种方法。

　　前向照明是光源和相机位于被测物的同侧，这种方式便于安装，比如条形光源，同轴光源，环形光源，圆顶光源，线光源等都是使用这样的用法，这是最常用的照明方式。

　　结构光照明是将光栅或线光源等投射到被测物上，根据它们产生的畸变，解调出被测物的三维信息，这种方式比较少见。

　　频闪光照明是将高频率的光脉冲照射到物体上，要求相机的扫描速度与光源的频闪速度同步，目前频闪照明方式一般都用光源的控制器控制光源达到频闪的功能，频闪的工作方式可以大大提高光源的亮度和寿命控制工程网版权所有，几乎所有的LED光源都可以使用频闪照明方式。

　　不论是何种的照明方式，目的就只有一个：提高光源的寿命并为图像采集机构提供稳定的高对比度的图像。

　　四、LED光源的性能

　　在实际运用中， 如何评价一个光源的好坏呢?一般来说，一个合适的光源要从对比度、亮度、均匀性、稳定性、寿命等方面来考虑：

　　1) 对比度

　　对比度对机器视觉来说非常重要控制工程网版权所有，对比度只就打光效果而言，这很大程度取决于光源和被检测产品部位的波长。机器视觉光源最重要的任务就是使需要被观察的特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的对比度，从而易于软件的判断和区分。

　　2) 亮度

　　当选择两种光源的时候控制工程网版权所有，最佳的选择是选择更亮的那个。光源的亮度不够，必然要加大光圈，从而减小了景深 。亮度不够时，环境光对系统的影响就会很大，一个良好的光源的亮度必须远远大于环境光(比如灯光，阳光等)，这样就保证环境光变化时对系统的影响不大，能保证系统的稳定性。

　　3) 均匀性

　　均匀性是光源一个很中要的技术参数。均匀性好的光源使系统工作稳定 。均匀性良好的光源，能保证工件的检测部分的图像灰度级别基本一致，这样更加有利于软件分析，降低误判的风险。

　　4) 寿命

　　光源的亮度不易衰减过快，这样会影响系统的稳定，增加维护的成本 。发热量大的灯亮度衰减快，当亮度衰减到一定程度时，为了系统的稳定性就得更换光源。因此光源的寿命与光源的工作温度和光源本身的温度有很大的关系。散热设计是光源设计的一个重要的内容之一。

　　五、如何选用光源

　　1)波长

　　既然光源的主要工作是为图像采集机构提供稳定的高对比度的图像。因此如何依靠光源增强被检测部分的图像对比度是我们的主要工作。一般来说，光源的选用原则是：使用相同颜色的光或相近颜色的光源照射可以使被照射部分变亮; 使用相反颜色的光或相近颜色的光源照射可以使被照射部分变暗。其理论依据就是，光源的波长和检测物体的波长越相近时，光源就越能增强物体图像的对比度。

　　不同的波长，对物质的穿透力(穿透率)不同，波长越长，对物体的穿透力愈强，波长越短，对物质表面的扩散率愈大。

　　2)形状

　　一般而言CONTROL ENGINEERING China版权所有，什么形状的物体选用什么形状的光源。可以遵循以下原则：闪光曲面，考虑用散射圆顶光;闪光，平的，但粗糙的表面，尝试用同轴散射光; 看表面的形状，考虑用暗视场(低角度);检测塑料的时候，尝试用紫外或红外光; 需要通过反射的表面看特征，尝试用低角度线光源(暗视场);单个光源不能有效解决问题时考虑用组合光源;频闪能够产生比常亮照明20倍强的光。