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在机器视觉中,打光是一种技术。其重要性甚至可以影响处理精度和速度,甚至系统的成败。
需要根据被测物的特征改变打光方式,可以突出被测物。改变颜色可以得到对比更鲜明的图像。
理想光源应该是明亮的、均匀的、稳定的,视觉系统使用的光源主要有三种:高频荧光灯、光纤卤素灯、LED光源。
1.光源特性
高频荧光灯:使用寿命约1500-3000小时;优点:扩散性好、适合大面积均匀照射;缺点:亮度较暗,响应速度慢。
光纤卤素灯:使用寿命约1000小时;优点:亮度高;缺点:响应速度慢,几乎没有光亮度和色温的变化。
LED灯:使用寿命越10000-30000小时;优点:可以使用多个LED达到高亮度,同时可组合不同的形状,响应速度快,波长可以根据用途选择。
高频荧光灯 卤素灯 LED光源 价格 低 高 中 亮度 低 高 中 稳定性 低 中 高 闪光装置 无 无 有 使用寿命 中 低 高 光线均匀度 高 中 低 多色光 无 无 有 复杂设计 低 中 高 温度影响 中 低 高 对LED光源的补充说明:
用于机器视觉中的LED光源可以分为两大类:正面照明LED光源和背面照明LED光源。正面照明LED光源用于检测物体表面特征;背面照明LED光源用于检测物体轮廓或透明物体的纯净度。正面照明LED光源按照结构不同,又可分为环形光源、条形光源、同轴光源和方形光源。目前,环形光源用得最多,包括直接照射环形光源、漫反射环形光源、Dome光源等。
直接照射环形光源,适用于不反光物体的检测;漫反射环形光源,适用于反光物体的检测;
Dome光源也是漫反射光源的一种,但它是通过半球型的内壁多次反射,可以完全消除阴影。主要用于检测球型或曲面物体。
直接照射环形光源
按照照射角度的不同,直接照射环形光源可分为:垂直照射环形光源、带角度环形光源、低角度环形光源和水平照射环形光源等。可以简单理解为:每个LED的光轴和环形灯外壳之间的夹角,依次为0°、20°、60°和90°(具体型号可能会稍有变化)。
不同的照明角度适用于不同的检测要求。垂直照明和带角度照明为明视野照明,也就是被测物体表面大部分反光都能进入摄像头,故背景呈白色,比如物体表面突出特征的检测。低角度照明和水平照明为暗视野照明,也就是被测物体表面大部分反光都不进入摄像头,故背景呈黑色,只有物体高低不平之处的反光进入摄像头,比如金属表面划痕的检测,背景呈黑色,划痕呈白色。同时,垂直照明和带角度照明的区别在于,前面一种的照射距离较远,后者较近。低角度环形照明和水平照射环形照明的区别也是这样。同时,漫反射环形也有直射和低角度之分。
漫反射光源
低角度漫反射条形灯,有两个应用。一个是宽幅检测,2个或4个条形组合使用,另一个是线扫描的照明。
另外一个应用,就是线扫描照明。目前线扫描项目逐渐增多。线扫描相机每次都是采集一条线,且曝光时间短,对光源亮度要求很高。光源需要采用聚光型,集中照到一条线上,这样才能准确控制图象稳定。线扫描的照明,常用的有几种办法:超高亮LED+聚光镜、光纤+聚光镜、高频荧光灯+聚光镜。超高亮LED+聚光镜,寿命长不用说,但成本较高,照射距离可能会受一些限制;光纤亮度高,但成本贵;高频荧光灯,成本较低,但需要隔一定时间换灯管。
2.光的特性
(1)光沿着直线传播
(2)光的反射:入射角 = 反射角
(3)光的折射:受到材质的影响
(4)光的吸收:形成色差
(5)光的透射:<1>材料和厚度影响透射率;<2>波长越长,对物质的穿过能力越强
3.照射光种类
(1)直射光:主要来自同一个方向的光,可以在亮度和暗色阴影之间产生相对高的对比度高的图像。
(2)漫射光:各种角度混在一起的光。
(3)偏振光:在垂直于传播方向的平面内,光矢量只沿某一个方向振动的光。通常是利用偏光板来防止特定方向的反射。
(4)平行光:照射角度一致的光。太阳光就是平行光。发光角度越窄的LED直射光越接近平行光。
4.光源选择
(1)目的:<1>将感兴趣部分和其他部分的灰度值差异加大<2>尽量消影不感兴趣的部分<3>提高信噪比,利于图像处理<4>减少因材质、照射角度对成像的影响。(2)种类应用:
<1>卤素灯是冷光源,适合对环境温度比较敏感的场合,比如测量仪器的照明。
<2>高频荧光灯要进口,注意消除图像闪烁,适合亮度高和大面积的照明。
<3>Demo灯主要适合于检测球形或者曲面物体
<4>直接照射漫反射适合于划痕检测
<5>条形灯主要用于宽幅检测和线扫描照明
<6>同轴灯主要用于检测反光程度很厉害的平面物体
5.照明技术特点
(1)直射光:明亮、有光点、射角窄
(2)漫射光:较暗、射角宽、、无光斑、均匀照射
(3)镜面反射:明亮、与照射距离无关、与角度有关、不反应照射物的颜色
(4)漫反射:较暗、与照射距离有关、与角度无关、反映照射物颜色
6.明视野与暗视野
明视野:用直射光来观察对象物(散乱光呈黑色)
暗视野:用散乱光来观察对象物(散乱光呈白色)
7.透射照明
光线透过观测物,观察其透射光。
8.颜色和补色
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