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[光源] 机器视觉光源的分类

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    [LV.Master]120FPS

    发表于 2015-3-19 10:30:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
    机器视觉光源的分类; i* b, E( c5 v6 X! b
    ' F" z1 M0 O  V$ j
    机器视觉系统中光源是一个非常重要的部件,一个系统选择合适的光源,才能使系统稳定高效。我们这里讲的机器视觉光源主要是指LED光源,LED作为当照明领域比较热门的话题,是当前照明的一种发展趋势。当然,也有其它一些光源,如氙灯、卤素灯、荧光灯等,这些光源在现在的机器视觉领域应用较少,就不做重要介绍。$ y2 @, h& l. I8 ?  V7 B
    机器视觉光源按照形状可以分为以下几个大类:

    ( H1 G3 W  w( P2 L条形光源

    4 Z& t# h4 M) E6 c& q1 `% B  Z0 j图1 条形光源

    3 Q/ S+ M" o+ h9 j: s; m4 v条形光源是机器视觉里应用较为广泛的一种光源。主要应用在条形状检查对象或较大面积的检查对象中(可以使用四个条形光源组合成四面可调光源)。因其形状为条形装,所以一般称为条形光源,简称条光。条形光源可以做成不同长度、宽度、颜色的光源。各厂家根据客户要求也可以完成一定的定制工作。长度、宽度、颜色是其选择的重要参数。
    : ?& }7 z+ p% u, h1 J; `! A) y6 n环形光源
    - a# Y- D; H& W& g9 @. \
    图2 环形光源

    - T5 M% Y0 v3 V环形光源在视觉应用中也非常广泛。一般比较小的部件检查使用环形光源比较多。因为其为环状,因此可以在部件四周提供一个比较均匀的照明环境,从而有利于图像处理。环形光源可以做成不同直径、不同角度、不同颜色的光源。直径、角度、颜色是其选择的重要参数。. \% F2 h: Z& m
    面光源

    # v4 M5 ?& }  c& s4 @0 `图3 面光源

    9 Q: W4 U' Q! P, `面光源其发光面是一个正方形或长方形的,有着非常大的表面。所以叫做面光源。因为在视觉行业中,面光源一般用做背光源。因此其表面的漫射板通常都是较特殊的(相对于条光、环形来说)。另外面光源从发光原理来说,还可以细分为两个类型,一个是底部发光的,另一个是侧面发光的。底部发光的面光源,在底板上布满LED颗粒,发光均匀亮度高。而侧面发光的面光源,只在四周布置LED颗粒,会出现四周亮中间暗、亮度不高的情况。但是其可以做得很薄,发热也可以做的很好。另外由于镜头本身的光学特性,在成像时,中间的光通量总是会比边缘的多。因此侧面发光的产品由于四周更亮,恰恰能弥补镜头成像的不足。因此有时选择四面发光的背光源,反而能得到更好的均匀性。面光源的长度、宽度、颜色等是重要选择参数。7 _3 T  U! I" m" N! V! D
    同轴光源

    7 O3 e$ Z( W3 t. V* W5 \图4 同轴光源

    6 c& e% {3 x6 ^! n2 }同轴光源一般来说,当作正向光源使用。光源照射产品的方向与镜头的光轴方向是一致的,所以称其为同轴光源。比较典型的应用是比较平滑表面缺陷检查。同轴光源因为其中使用了一块半透半反镜。因此其真正能入射到镜头中的光通量,不足LED颗粒发射的1/4。因此使用同轴光源时,亮度上通常都比较低。另外,在一些精密的尺寸测量时,也可以使用同轴光源充当背光源的角色,以获得更精准的尺寸测量。
    5 `& @; l! E; T  [, z& D. k5 g5 Q同轴光源还有一种很特殊的产品,就是同轴平行光源,其平行性比同轴光源要好许多,一般来讲是内部只有一颗LED颗粒,然后通过透镜得到比较理想的平行光,再经半透半反镜成像的。典型应用于玻璃、光盘、抛光表面等检查中。9 |* L! V) B% s  m3 d( e0 S2 c
    尺寸、颜色是选择同轴(平行)光源的重要参数。

    9 ?2 u; X3 C  }4 S- G! e! f+ Q点光源
    ; i+ |9 e; R- d
    图5 点光源

      M& b1 l: M4 h点光源其内部一般仅有一颗LED作为发光源,因此称其为点光源。通常应用在使用同轴远心镜头或同轴显微镜头的检查项目中。当然也可以应用在一些视野非常小的检查项目中。点光源的尺寸(前端配合同轴镜头的安装尺寸)、功率、颜色等是选择的重要参数。
    / N& c2 k6 f* [% \% x: I& F, v线光源
    ; g- ^% S$ a; T( M0 d! A
    图6 线光源
      d0 W  W" r% ^% ~0 L$ a/ C
    线光源发光面呈线装,因为其内部的LED颗粒一般使用大功率的颗粒,因此线光通常可以得到很高的亮度。之所以使用大功率LED颗粒,是因为线光源一般都是配合线阵相机进行检查拍摄的。而线阵相机的曝光时间通常都非常短。因此需要光源足够亮,在满足在很短的曝光时间内能获得更大的亮度。线光源的功率、长度颜色等是产品选型的重要参数。9 a) C4 m1 I( R) A( H' a2 a1 ^0 Z
    无影光源

    ( M9 K: |; A6 h  c- [图7 圆顶无影光源
    % B& \5 c' |9 u7 z2 |! x# e* ~6 b* @2 R5 L* F# F; V3 V
    图8 环形无影光
    7 K" K3 E% N+ C) O  y( N& v% P$ Q6 Y: m" U2 y
    图9 四面无影光源

    5 p, C8 C! {; z图7~图9所示均为无影光源。无影光源,顾名思义就是拍摄物体时,图像中没有影或者影很淡。一般根据其形状,可以分为圆顶无影光、环形无影光、四面无影光等很多类。通常目标表面比较反光时,我们可以考虑使用无影光,以得到更真实的图像。或者需要在视野中要想得到比较均匀柔和的光照效果时,也可以使用无影光源。无影光源的大小、形状是选型的重要参数。: Y- A& l- K; I( G
    AOI光源

    : h  S' e! I1 u图8 AOI光源

    - j6 E  O% ~* d( z5 BAOI光源大部分使用在AOI(自动光学识别)设备上。典型应用于PCB焊点检查中。利用其中的RGB三种颜色的LED颗粒不同的照射角度,以得到不同颜色的成像图像,从而进行对比判断产品是否OK。AOI光源,通常需要验证内部的颗粒安装角度以及工作距离。因此AOI在选择时,需要考虑大小外,还要考虑工作距离。7 K$ s, i$ F/ l3 u2 i- G  v1 j3 D/ n
    非标光源

    . w6 _) h. ~/ X% j图11 非标光源-环形平行背光2 n# K7 O8 X# G8 W+ c( |' C( F

    % ^8 t2 q& `1 |8 H图12 非标光源-方形平行背光9 W) W* R$ I9 M

    6 d' e7 |( `; Y; Y* c+ ?. G/ q图13 非标光源-同轴线光源

    * P1 n" I- }, a+ w非标光源一般来讲,在机器视觉行业中使用较少。目前的机器视觉光源行业其实也还没有所谓的标准光源、非标准光源。很多时候拿着这家的标准光源也无法替换另外一家的标准光源(标准的东西,应该是有比较理想的通用性的,应该可以任一替换)。现在许多公司的所谓标准光源、非标光源,其实只是从出货量上来讲的。某一款光源出货比较多,大家都在使用时,就称之为标准光源,如果只有较少人使用,就是非标光源。而如果仅仅只有某一家客户需要使用,那就是定制光源。非标光源、定制光源,从目前的行业来看,手电筒、平行背光源、同轴线光源、半月型光源、带转弯的光源、多种不同光源组合成的光源都可以称为非标光源。- r* g2 [" N& `
    以上是按照形状来分类的,这也是最典型的分类方式。还有一种比较泛的分类,就是按照颜色来分类。如红外光源、红光、绿光、黄光、蓝光、紫外光、白光等。颜色在视觉光源选择中也是一种很重要的参数。例如目标需要比较好的穿透时,选择红外的比蓝光要好。需要高对比度高清时,短波长的蓝光、紫外要好于红光、红外光。而背景与前景颜色更可以决定什么颜色的光源可以使用,什么颜色的光源不可以使用,可以参看本站其它内容,以获得更多帮助。
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