機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的光源

千里之行，始于足下。第2頁(yè)/共2頁(yè)精品文檔推薦機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的光源機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的光源

一、概述

光源是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中重要的組件之一，一具合適的光源是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)正常運(yùn)行的必備條件。所以，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)光源的挑選是很重要的。使用光源的目的是將被測(cè)物體與背景盡可能明顯分不，獲得高品質(zhì)、高對(duì)照度的圖像；將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)‘凝固’在圖像上；增強(qiáng)待測(cè)目標(biāo)邊緣清楚度；消除陰影；抵消噪聲。機(jī)器視覺(jué)有三大技術(shù)即采像技術(shù)，處理技術(shù)，運(yùn)動(dòng)操縱技術(shù)，而采像技術(shù)離別開(kāi)光源，光源的挑選及其性能直截了當(dāng)妨礙系統(tǒng)的成敗，妨礙處理精度和速度。因此光源在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中起到了舉腳輕重的作用。為機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)挑選光源時(shí)，最基本是要思考亮度、光源的位置、表面紋理與形狀、魯棒性、群彩等因素，惟獨(dú)光源在滿(mǎn)腳生產(chǎn)治理或是質(zhì)量檢測(cè)時(shí)關(guān)于這些因素的要求，才干獵取清楚的圖像資料，作為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息供工作人員使用。所以，挑選光源時(shí)要思考的這些因素，能夠講是最基本的因素，是推斷光源是否可用的依據(jù)。但是，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)光源的種類(lèi)比較繁多，想要達(dá)到更佳的效果，就要在確?？捎玫幕A(chǔ)上，具體到挑選合適的種類(lèi)。

二、光源的評(píng)價(jià)要素

1)對(duì)照度

對(duì)照度對(duì)機(jī)器視覺(jué)來(lái)講很重要。機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的照明的最重要的任務(wù)算是使需要被觀看的特征與需要被忽略的圖像特征之間產(chǎn)生最大的對(duì)照度，從而易于特征的區(qū)分。對(duì)照度定義為在特征與其身邊的區(qū)域之間有腳夠的灰度量區(qū)不。好的照明應(yīng)該可以保證需要檢測(cè)的特征突出于其他背景。

2)魯棒性

魯棒性算是對(duì)環(huán)境有一具好的習(xí)慣。好的光源需要在實(shí)際工作中與其在實(shí)驗(yàn)室中的有相同的效果。

3)亮度

當(dāng)挑選兩種光源的時(shí)候，最佳的挑選是挑選更亮的這個(gè)。光源的亮度別夠，必定要加大光圈，從而減小了景深。

4)均勻性

均勻性是光源一具非常中要的技術(shù)參數(shù)。均勻性好的光源使系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

5)可維護(hù)性

可維護(hù)性要緊指光源易于安裝，易于更換。

6)壽命及發(fā)熱量

光源的亮度別易衰減過(guò)快，如此會(huì)妨礙系統(tǒng)的穩(wěn)定，增加維護(hù)的成本。發(fā)熱量大的燈亮度衰減快，光源的壽命也會(huì)受到非常大妨礙。

三、機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的光源的種類(lèi)

3.1光源種類(lèi)

目前的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)光源市場(chǎng)，最為常見(jiàn)的光源要緊有高頻熒光燈、光纖鹵素?zé)粢约癓ED燈三種。高頻熒光燈算是我們?nèi)粘Ｈ兆又兴褂玫臒晒鉄簦涫褂脡勖s1500－3000小時(shí)，相對(duì)處于中等水平。高頻熒光燈擴(kuò)散性好，比較適合于舉行大面積均勻的照耀，然而響應(yīng)速度慢、亮度較暗是其最大的弊端。所以，在其應(yīng)用方面比較適合于獵取低標(biāo)準(zhǔn)大面積圖像；光纖鹵素?zé)羰躯u素?zé)襞c光纖導(dǎo)管的有效結(jié)合，是由光纖導(dǎo)管將鹵素?zé)襞菟a(chǎn)生的強(qiáng)光，轉(zhuǎn)向被測(cè)物舉行照明。鹵素?zé)袅炼雀?，但響?yīng)速度慢、壽命短、別具備光亮度和XXX溫的變化，習(xí)慣亮度要求高，但檢測(cè)項(xiàng)目較少的應(yīng)用；LED光源采納的是由多個(gè)LED燈以某一特定形狀組合起來(lái)對(duì)被測(cè)物舉行照明的方式，這是目前被普遍采納的照明方式，應(yīng)用范圍比較廣。

3.2LED光源種類(lèi)

熒光燈亮度以及穩(wěn)定性太差決定了在許多機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中被淘汰，鹵素?zé)魞r(jià)格昂貴、使用壽命太短，使應(yīng)用無(wú)法達(dá)到普及，而LED光源以穩(wěn)定性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等性能優(yōu)勢(shì)得到了廣泛的應(yīng)用。并且，LED光源因?yàn)槭怯蒐ED燈組合而成的，所以按照其結(jié)構(gòu)別同又有了別同的分類(lèi)。

1）環(huán)形光源

環(huán)形光源也俗稱(chēng)光管、日光燈管，其光源采納LED作為發(fā)光體。傳統(tǒng)的日光燈管又稱(chēng)熒光燈。利用別同照耀角度、別同顏群組合對(duì)被測(cè)物體整體舉行照明，更能突出物體的三維信息。高密度LED陣列，

高亮度，解決了對(duì)角照耀的陰影咨詢(xún)題。

圖1環(huán)形光源

燈兩端各有一燈絲，燈管內(nèi)充有微量的氬氣和稀薄的汞蒸氣，燈管內(nèi)壁上涂有熒光粉，兩個(gè)燈絲之間的氣體導(dǎo)電時(shí)發(fā)出紫外線(xiàn)，使熒光粉發(fā)出可見(jiàn)光。LED燈管有非常多優(yōu)點(diǎn)，普通用于一般照明,寫(xiě)字樓，商場(chǎng)，酒樓，學(xué)校，家庭，工廠(chǎng)等室內(nèi)照明。

發(fā)光原理：PN結(jié)的端電壓構(gòu)成一定勢(shì)壘，當(dāng)加正向偏置電壓時(shí)勢(shì)壘下落，P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U(kuò)散。由于電子遷移率比空穴遷移率大得多，因此會(huì)浮現(xiàn)大量電子向P區(qū)擴(kuò)散，構(gòu)成對(duì)P區(qū)少數(shù)載流子的注入。這些電子與價(jià)帶上的空穴復(fù)合，復(fù)合時(shí)得到的能量以光能的形式釋放出去。這算是PN結(jié)發(fā)光的原理。

2）背光源

采納高密度LED陣列面提供高強(qiáng)度背光照明，是突出物體最明顯的一種照明光源，適合作為顯微鏡的載物臺(tái)，對(duì)機(jī)械零件尺寸的測(cè)量，膠片污點(diǎn)的檢測(cè)以及透明物體劃痕檢測(cè)等。

由于傳統(tǒng)LCD顯示設(shè)備上CCFL(ColdCathodeFluorescentLamps，冷陰極熒光燈)背光技術(shù)及產(chǎn)品的某些先天別腳，例如群域狹窄、能源利用率低其功耗較高和壽命短小等，因此人們向來(lái)在尋覓著其替代技術(shù)及產(chǎn)品，而在那個(gè)過(guò)程中，LED背光技術(shù)產(chǎn)品便被納入了人們的選用范疇。

從發(fā)光原理上來(lái)看，由于LED是由數(shù)層非常薄的摻雜半導(dǎo)體材料制成，一層帶有過(guò)量的電子，另一層則缺乏電子而形成帶正電的“空穴”，工作時(shí)電流經(jīng)過(guò)，電子和空穴相互結(jié)合，多余的能量則以光輻射的形式被釋放出來(lái),LED正是依照如此的原理實(shí)現(xiàn)電光的轉(zhuǎn)換,又依照半導(dǎo)體材料物理性能的別同，LED可發(fā)出從紫外光到紅外光別同光譜下別同顏群的光線(xiàn)，特殊是LED別能發(fā)出白光的技術(shù)咨詢(xún)題解決之后，為L(zhǎng)ED在顯示領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了全然性的基礎(chǔ)。

采納LED為液晶電視的背光源，最要緊目的是提升畫(huà)質(zhì)，特殊是群彩飽和度上，LED背光技術(shù)的顯示屏能夠取得腳夠?qū)挼腦XX域，彌補(bǔ)液晶顯示設(shè)備顯示群彩數(shù)量別腳的缺陷，使之能達(dá)到甚至超過(guò)AdobeRGB和NTSC群彩標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠達(dá)到NTSCratio100%以上，其中索尼推出采納LED背光的液晶電視面板，特殊強(qiáng)調(diào)鮮紅和深綠的表現(xiàn)，可顯示較以往的方式更為逼確實(shí)顏XXX。并且因?yàn)長(zhǎng)ED的平面光源特性，使LED背光還能實(shí)現(xiàn)CCFL無(wú)法比及的分區(qū)域的XXX彩和群度調(diào)節(jié)功能，從而實(shí)現(xiàn)更加精確的XXX彩還原性，以習(xí)慣平面出版和圖形設(shè)計(jì)工作的需要，畫(huà)面的動(dòng)態(tài)調(diào)整能夠使得在顯示別同畫(huà)面時(shí)，亮度與對(duì)照能夠動(dòng)態(tài)修正，以達(dá)到更好的畫(huà)質(zhì)。

另外，LED作為背光源的優(yōu)點(diǎn)是能夠取代colorfilter的使用。以三XXXRGBLED采納XXX序法(colorsequential)技術(shù)，利用人類(lèi)視覺(jué)暫留的特性，達(dá)到全彩的效果，所以能夠取代彩XXX濾光片。固然，這必須配合液晶的反應(yīng)速度才干達(dá)到。只是要達(dá)到此境地，仍有許多困難必須克服。

只是LED背光模塊也別是沒(méi)有缺點(diǎn)，耗電量的咨詢(xún)題仍然是LED背光模塊必須克服的重要課題。由于采納較多的LED，除了耗電量增加之外，也導(dǎo)致溫度升高的咨詢(xún)題，所以也必須增加冷卻系統(tǒng)與傳感器來(lái)解決此咨詢(xún)題，所以在厚度上顯得較采納CCFL背光的產(chǎn)品來(lái)得厚。

雖然LED背光技術(shù)有著非常多優(yōu)點(diǎn)，然而其同樣也有著難以回避的普及應(yīng)用難點(diǎn)，首先來(lái)講，應(yīng)用了這種新技術(shù)的產(chǎn)品在價(jià)格方面還別具優(yōu)勢(shì)，再者，LED技術(shù)掌握在少數(shù)廠(chǎng)商手中為其普及帶來(lái)困難，最終算是該項(xiàng)技術(shù)自身的緣故，LED背光技術(shù)在發(fā)光效率、電流操縱和散熱上還別是做的非常好，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的趨勢(shì)來(lái)看，LED背光技術(shù)作為一種替換型的技術(shù)產(chǎn)品存在確信會(huì)漸漸的普及開(kāi)來(lái)，而依照相關(guān)的行業(yè)預(yù)期，這種大面積應(yīng)用應(yīng)該在2008年。固然隨著三星、LG的新面板技術(shù)的快速進(jìn)展，其也有也許提早大面積應(yīng)用。

3）同軸光源：能夠消除物體表面別平坦引起的陰影，最大程度的減少干擾。

基本特性：LED燈具有體積小、能耗小、熱量低、亮度高、壽命長(zhǎng)、環(huán)保及牢固耐用等多種優(yōu)越性能，是目前最為理想的光源挑選，LED同軸光源基于LED燈的基本性質(zhì)，經(jīng)加工設(shè)計(jì)后，發(fā)出的光線(xiàn)平行垂直照耀，均勻，適用于反射度極高的金屬表面以及玻璃等，可以清楚的反映出凹凸物體的表面圖像。

照明原理：在同軸燈里面安裝一塊45

度半透射半反射玻璃。將高亮度，高密度的

LED陣列羅列在線(xiàn)路板上，形成一具面光

源，面光源發(fā)出的光線(xiàn)通過(guò)透鏡之后，照耀

到半透射半反射玻璃上，光線(xiàn)先經(jīng)過(guò)全反射

垂直照到被測(cè)物體上，從被測(cè)物體上反射的

光線(xiàn)垂直向上穿過(guò)半透射半反射玻璃，進(jìn)入

攝像頭。如此就既消除了反光，又幸免了圖

像中產(chǎn)生攝像頭的倒影。物體所呈現(xiàn)出清楚

的圖像，并被相機(jī)捕獲，用于進(jìn)一步的分析

和處理。

適用場(chǎng)合：由于璀璨均勻的照明光源可以覆

蓋整個(gè)視場(chǎng)，所以這套照明光源系統(tǒng)能夠成

為鏡

面加工過(guò)程中檢測(cè)刮痕的理想光源。在工業(yè)

中，能夠用標(biāo)準(zhǔn)的同軸照明光源，檢測(cè)軸承

的邊緣及其破損事情。

4）點(diǎn)光源

另外，同軸光源還有一種，算是點(diǎn)光源。大功率LED，體積小，發(fā)光強(qiáng)度高，可替代光纖鹵素?zé)?。因?yàn)辄c(diǎn)光源是和同軸鏡頭配合使用。其實(shí)，不過(guò)把上面同軸燈45度半透射半反射的玻璃，移植到鏡頭里面去了，因此這時(shí)選的是同軸鏡頭。

5）LED條形光源

圖2同軸光源成像示意圖

圖3條形光源成像示意圖

基本特性：將高密度LED陣列放置在緊湊的，成直角且可傾歪的矩形照明單元中。LED條形光源可提供歪射照明，亮度高。它的靈便性較大，但調(diào)試時(shí)也要相對(duì)費(fèi)事一些。LED條形光源的低角度照耀是檢測(cè)金屬表面邊緣和突出印刷、破損的理想照明。

照明原理：將LED以高密度羅列在單個(gè)條形平面電路板上。依照其設(shè)計(jì)特點(diǎn)，條形光源的安裝角度能夠舉行調(diào)解，同時(shí)能夠以任意角度照耀在被測(cè)物體表面，光線(xiàn)的角度和方向能夠徹底改變所獵取的圖像。

適用場(chǎng)合：條形光源能夠用來(lái)檢測(cè)印刷在包裝箱上的文字，保鮮膜的破損以及傳送帶的損傷等。

6)低角度方式照明

基本原理：低角度方式照明采納LED環(huán)形光源，與環(huán)形光源別同的是，他更大，安裝的角度更低，接近180度。低角度方式下，光源以接近180度角照耀物體，容易突出被檢測(cè)物體的邊緣和高度變化。適合被測(cè)物體邊緣檢測(cè)和表面光滑物體的劃痕檢測(cè)。

配備材料：若干小型LED光源，兩個(gè)環(huán)形LED線(xiàn)路板及鋁制外殼，一具CCD相機(jī)，一具相機(jī)托架，兩個(gè)光源托架，各種連接電纜

適用場(chǎng)合：檢測(cè)平面和有紋理的表面。當(dāng)需要清楚的顯示出物體的邊緣輪廓，并檢查出金屬表面邊緣的破損事情時(shí)，也非常適用。

圖4低角度方式照明圖圖5低角度方式照明效果

四、機(jī)器視覺(jué)中要緊使用三種光源

機(jī)器視覺(jué)中要緊使用的三種光源：同軸光源，條形光源，零度角光源（低角度方式照明）都具有自身的優(yōu)勢(shì)和特性。三種照明方式皆適用于平面物體，且都能檢測(cè)出物體表面的刮痕和破損。關(guān)于帶弧度的物體，需要用到另外的LED光源。

同軸光源設(shè)計(jì)巧妙，最大的特性是可以作為反射度極高的金屬表面以及玻璃的照耀光源，在鏡面加工工業(yè)中，具有別可替代的作