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1、机器视觉中三种主要光源分析报告 重庆大学光电工程学院09级测控专业 卫瑷宇前言：此篇分析报告主要分为五部分，前三部分分别分析了机器视觉中所使用到三种主要光源，第四部分对这三种光源进行对比分析，第五部分提出了机器视觉中基于此类光源，可以对检测结果进行优化方案。一、LED同轴光源基本特性：LED灯具有体积小、能耗小、热量低、亮度高、寿命长、环保及坚固耐用等多种优越性能，是目前最为理想光源选择，LED同轴光源基于LED灯基本性质，经加工设计后，发出光线平行垂直照射，均匀，适用于反射度极高金属表面以及玻璃等，能够清晰反映出凹凸物体表面图像。图1 同轴光源成像示意图照明原理：在同轴灯里面安装一块45度半
2、透半反玻璃。将高亮度，高密度LED阵列排列在线路板上，形成一个面光源，面光源发出光线经过透镜之后，照射到半透半反玻璃上，光线先通过全反射垂直照到被测物体上，从被测物体上反射光线垂直向上穿过半透半反玻璃，进入摄像头。这样就既消除了反光，又避免了图像中产生摄像头倒影。物体所呈现出清晰图像，并被相机捕获，用于进一步分析和处理。配备材料：若干小型LED光源，一个LED线路板，一个半透半反射镜片，一个凸透镜，一个CCD相机，相机和光源托架，各种连接电缆。注意事项：1. 因为处理图像为边缘极细微破损部位，分辨率要求较高，因此可选用线性CCD相机。相机具体性能要求还要再看对精度要求。2. 安装时，图2中A透
3、镜位置必须经过多次调试才能确定，因为A透镜位置对光路径影响很大，必须经过反复调整直至达到图3黄色区域效果时才能进行固定。3. 同轴灯只能接收和物体垂直，也就是和镜头同轴光线，因此不能用来检测有弧度物体。图3图2适用场合：由于明亮均匀照明光源能够覆盖整个视场，因此这套照明光源系统可以成为镜面加工过程中检测刮痕理想光源。在工业中，可以用标准同轴照明光源，检测轴承边缘及其破损情况。另外，同轴灯还有一种，就是点光源。因为点光源是和同轴镜头配合使用。事实上，只是把上面同轴灯45度半透半反玻璃，移植到镜头里面去了，所以这时选是同轴镜头。二、LED条形光源图4 条形光源成像示意图基本特性：将高密度LED阵列
4、放置在紧凑，成直角且可倾斜矩形照明单元中。LED条形光源可提供斜射照明，亮度高。它灵活性较大，但调试时也要相对费事一些。LED条形光源低角度照射是检测金属表面边缘和突出印刷、破损理想照明。照明原理：将LED以高密度排列在单个条形平面电路板上。根据其设计特点，条形光源安装角度可以进行调解，并且可以以任意角度照射在被测物体表面，光线角度和方向可以完全改变所获取图像。请填写下面表单给企业留言（ *为必填），如果您已经是慧聪网会员，请 登录 后留言以获得更好留言服务。 图5配备材料：若干小型LED光源，两个条形LED线路板，一个CCD相机，一个相机托架，两个光源托架，各种连接电缆图6 条形光源适用场合
5、：条形光源可以用来检测印刷在包装箱上文字，保鲜膜破损以及传送带损伤等。附：条形方式成像实例晶片上刻印字符检测只有字符清晰显示。使用光源：LDL-7427反光曲面上字符检测在图像上半部分可以看到当用直射光源（如环形光）时，会产生炫目光。在下半部分由于采用使用LDL系列，就产生了清晰图像。使用光源：LDL-4215读取二维条形码反光电路板上二维条形码清晰图像。使用光源： LDL定制光源三、低角度方式照明图7 低角度方式照明示意图基本原理：低角度方式照明采用LED 环形光源。和沐光方式用环形光源不同是，它更大，安装角度更低，接近 180 度。低角度方式下， 光源以接近 180 度角照明物体， 容易突
6、出被检测物体边缘和高度变化。适合被测物体边缘检测和表面光滑物体划痕检测。图8 低角度方式照明效果配备材料：若干小型LED光源，两个环形LED线路板及铝制外壳，一个CCD相机，一个相机托架，两个光源托架，各种连接电缆适用场合：检测平面和有纹理表面。当需要清晰显示出物体边缘轮廓，并检查出金属表面边缘破损情况时，也很适用。附：低角度方式成像实例电池底部刻印字符检测15 mmWD 突出刻印字符。使用光源： LDR-75LA-1一次性相机镜头破损检测用低角度光突出镜头表面划痕。使用光源： LDR-132LACD-ROM 内环裂痕检测低角度光源突出裂痕，同时防止图像中出现LED反射镜像。使用光源： LDR
7、-74LA四、三种光源对比分析机器视觉中主要使用三种光源：同轴光源，条形光源，零度角光源（低角度方式照明）都具有自身优势和特性。三种照明方式皆适用于平面物体，且都能检测出物体表面刮痕和破损。对于带弧度物体，需要用到另外LED光源。通过对比分析，我们可以看到：同轴光源设计巧妙，最大特性是能够作为反射度极高金属表面以及玻璃照射光源，在镜面加工工业中，具有不可替代作用。在配置过程中，尤其需要注意调节凸透镜和半透半反玻璃位置。为了得到最佳照明效果，应该进行反复调试。条形光源最大特性是灵活性大，可以从多个角度采集图像，获得全方位图像信息。对于需要获得全面表面特征物体，如检测被测物体是否有光泽，是否有表面
8、纹路时，可以选择条形光源。零角度光源最大特性是物体边缘轮廓显示得非常清晰，重点运用于检查金属边缘破损情况。但同时也要注意这种低角度方式照明对光源散热要求较高，而且会产生极度阴影，选择时可根据实际需要来看。五、检测结果优化方案1.颜色。我们要检测物体，大部分是不透明、不发光物体。这些物体都具有反射或吸收不同波长色光能力，被吸收掉色光我们是看不见。只有反射回来色光才直接作用于我们眼睛， 所以我们看到不透明体颜色是反射光颜色， 这就是 “反射色” 。图9所示彩色轮展示了色彩之间对应情况。用一种颜色照射它相对颜色，基本是黑色；照射其它颜色，物体亮度依次增加；照射同样颜色，可以得到最大亮度。 所以，适当
9、选择光源颜色，可以增强图像对比度。图9实例：图10展示了 BGA 焊点分别在红色光和蓝色光下成像实例；在红色光下，芯片中央条纹依然清晰可见(图中)，这为引脚检测引入了一些干扰；在蓝色光下，芯片中央条纹基本看不见了，仅留下BGA焊点影像，便于后续检测。 图10 BGA焊点成像实例 2.滤光镜 。消除不必要数据和噪声可以加快有用信息处理速度。 滤光镜是一个简单限制进入相机光线技术。常见滤光镜有偏光镜、波通镜和阻隔镜。它们作用类似滤波器，滤掉符合一定条件信号。实例： 图11 展示了偏光镜消除眩光一个成像实例。在相机镜头前添加偏光镜，旋转偏光镜到眩光最小地方；如果眩光还影响检测，则可以再加一个偏光镜直到图像清晰为止。 图10 偏光镜消除眩光成像实例 注：部分资料和图片来自网络。