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機(jī)器視覺LED光源照明技術(shù)說明

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產(chǎn)品簡介

一、機(jī)器視覺光源照明技術(shù)的幾個(gè)要素　　1、方向：選擇不同的光源，控制和調(diào)節(jié)照射到物體上的入射光的方向是機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最基本的參數(shù)

詳細(xì)介紹

一、機(jī)器視覺光源照明技術(shù)的幾個(gè)要素
　　1、方向：選擇不同的光源，控制和調(diào)節(jié)照射到物體上的入射光的方向是機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最基本的參數(shù)。它取決于光源的類型和相對于物體放置的位置。
　　1）直射光：入射光基本上來自一個(gè)方向，射角小，它能投射出物體陰影；
　　2）散射光：入射光來自多個(gè)方向，甚至于所有的方向，它不會投射出明顯的陰影。
　　2、光譜：光是由單一的或多種成份的光譜組成的，例如日光的光譜就是由從紅外到紫外的所有光譜組成的，人眼能感覺的光譜范圍在380nm至780nm之間，即從紅色780nm到紫色380nm。光的顏色，取決于光源所產(chǎn)生的光的類型，以及覆蓋在光源或攝像機(jī)鏡頭上的光學(xué)濾色鏡。

　　3、偏振性：（Polarization）又稱極化光，是光波的一種特性，光在傳播時(shí)和電磁波一樣是震蕩的，一般的光波的震蕩方向是不定的，而極化光的震蕩方向處在一個(gè)確定的平面上，例如線性極化光的振蕩軸與傳播方向垂直。光波的這種定向性，在鏡面式的反射光中保留了這種偏振性，而漫散式的反射光則丟失了。這樣就可以使用光線的偏振性使鏡面眩光掠過攝像機(jī)鏡頭，來消除鏡面反射光的影響。
　　強(qiáng)度：光照的強(qiáng)度會影響攝像機(jī)的曝光，光線不足則意味著低對比度，就要加大放大倍數(shù)，就可能同時(shí)將噪音放大，也可能會使鏡頭的光圈加大，但景深減小了，增加了散熱的可能？反過來，強(qiáng)度過大會浪費(fèi)能量，并帶來散熱的問題。
　　均勻性：在所有的機(jī)器視覺應(yīng)用中，都會要求均勻的光照，因?yàn)樗械墓庠措S著距離的增加和照射角的偏離，其照射強(qiáng)度減小，所以在對大面積物體照明時(shí)，會帶來較大的問題，有時(shí)只能做到視場的中心位置保持均勻。

二、影響機(jī)器視覺照明的幾個(gè)特性
　　1、反射特性：從物體反射入射光的性能，有二種很不同的反射特性。
　　1)、鏡面式反射：光線的反射角等于入射角。鏡面式反射有時(shí)用途很大，有時(shí)又可能產(chǎn)生的眩耀。在大多數(shù)情況應(yīng)避免鏡面反射。
　　2)、漫散：照射到物體上的光從各個(gè)方向漫散出去。在大多數(shù)實(shí)際情況下，漫散光在某個(gè)角度范圍內(nèi)形成，并取決于入射光的角度。
　　2、顏色：人眼或攝像機(jī)觀察到的顏色可能是由三種不同的方式形成的：
　　直接從照射光的波長來區(qū)分顏色。例如在580nm附近波長的光為綠色，利用此波長光照射綠色物體，從而特出物體和背景差異；
　　1)、相加色：二種或三種波長的光組合成某種波長光的效果，例如黃色光（波長為620nm）和藍(lán)色光（波長為480nm）混合，出現(xiàn)綠色光的效果，但實(shí)際上在光譜的綠色部分并沒有這一光譜段的能量。利用光的這一特性，發(fā)明了彩色電視，電視監(jiān)視器中由紅、綠、藍(lán)三基色可基本上合成自然界的各種顏色。
　　2)、相減色：反射時(shí)，從光譜中去除某些波長的光。含有所有可見光譜的白光，照射到紅色物體后，紅色光譜被反射，而其它成份被物體吸收了。例如白的金屬如鋼，黃色金屬如金。它們之間的顏色的差別是因?yàn)殇撦^均勻地反射所有光譜的光，而金反射了白光，但從中減去了藍(lán)光，就會出現(xiàn)黃顏色的效果。
　　3、光學(xué)密度：不同物質(zhì)、不同厚度或不同化學(xué)特性的物體，在光線穿過它們時(shí)，穿透率是不同的。這種差異可能在整個(gè)光譜范圍內(nèi)存在，也可能只存在于光譜的某些點(diǎn)。一般來說，背光是檢測光學(xué)密度差異的辦法。
　　4、折射：不同的透明物質(zhì)，具有不同的折散率。它們用不同方向傳送入射光。例如空氣和玻璃的折射率不同，當(dāng)定向光以某個(gè)方向照射時(shí)，在玻璃中的氣泡使光線彎曲，以致于產(chǎn)生黑的或亮的氣泡輪廓。
　　5、紋理：物體表面的紋理在圖像處理時(shí)可能是有用的；也可能紋理太細(xì)了，以致無法分辨，但它又會影響到光的反射。有時(shí)紋理是重要的，應(yīng)該用光照來加強(qiáng)，而有時(shí)紋理又是不需要的，它會引起噪音的效果，應(yīng)該用光照來減弱紋理的影響。
　　6、高度：物體中不同高度的特征可以用定向光來加強(qiáng)或者用漫射光來減弱高度的影響。
　　7、表面方向：物體表面不同部位的相對方向的差異可以用定向光來加強(qiáng)，也可用漫散光來減弱。

二、影響機(jī)器視覺照明的幾個(gè)特性

常用的機(jī)器視覺照明技術(shù)
1. 直接照明光　　直接射向物體，得到清晰的圖像。當(dāng)我們需要得到高對比度物體圖像的時(shí)候，這種類型的光很有效。但是當(dāng)我們用它照在光亮或者反射的材料上時(shí)，會引起像鏡面的反光。		2. 背光照明　　從物體背面射過來均勻視場的光。通過相機(jī)可以看到物體的側(cè)面輪廓。背光照明常用于測量物體的尺寸和標(biāo)定物體的方向。
3. 暗視場　　光按一個(gè)角度投射到物體表面，結(jié)果是傾斜的散光進(jìn)入到相機(jī)，在一個(gè)暗的背景或視場上創(chuàng)造了明亮的點(diǎn)。用這種照射方法，如果物體表面沒有色差的話，通過視覺系統(tǒng)什么也看不到。		4. 散射照明　　反射照明，光射到粗糙的遮蓋物上，產(chǎn)生無方向、柔和的光，這種光高反射物體。因這種照明效果，我們將這種光比作在陰天里平和，無方向的光。
5. 同軸照明　　同軸光的形成--通過垂直墻壁出來的變化發(fā)散光，射到一個(gè)使光向下的分光鏡上，相機(jī)從上面通過分光鏡看物體。這種類型的光源對檢測高反射的物體特別有幫助，還適合受周圍環(huán)境產(chǎn)生的陰影影響的物體		6. 低角度暗視場　　近似標(biāo)準(zhǔn)的45°C暗視場，但通常與被測物體表面成0°C—30°C的夾角，低角度暗視場光源對表面細(xì)節(jié)或邊緣效應(yīng)的最細(xì)小變化很有效果。

機(jī)器視覺圖像處理選擇照明光源的三個(gè)步驟

一、確定照明類型（鏡面反射/漫反射/透射光）
　　確認(rèn)檢驗(yàn)特征（瑕疵、形狀、存在/不存在等），檢查表面是否平整、翹曲或不平。
　　LED照明大體可分為以下三種類型：見（圖一）
　　1、鏡面反射型：光線照射到目標(biāo)上，鏡頭接收到直接反射的光線
　　2、漫反射型：光線照射到目標(biāo)上，鏡頭接收到均勻的環(huán)境光線
　　3、透射光型：光線照射到目標(biāo)上，鏡頭接收到透射剪影。

二、確定照明裝置的形狀與大小
　　根據(jù)檢查目標(biāo)的尺寸與安裝條件選擇照明的方法與形狀，請參考AFTvision光源的詳細(xì)資料
　　1、環(huán)形照明
　　2、低角度環(huán)形照明
　　3、背光照明
　　4、條形照明
　　5、碗狀照明
　　6、同軸照明
　　7、光纖冷光源


同軸	環(huán)形	低角度

背光	碗狀	條形

三、確定照明的顏色和波長
　　1、根據(jù)檢查目標(biāo)與背景的材質(zhì)和顏色。如：紅、白、藍(lán)。
　　根據(jù)目標(biāo)與背景來確定照明的顏色。
　　1）、使用互補(bǔ)色進(jìn)行檢測：見（圖三）
　　什么是互補(bǔ)色？
　　互補(bǔ)色是色環(huán)中正好相對的顏色。使用互補(bǔ)色光線照射物體時(shí)，物體呈現(xiàn)的顏色將接近黑色。我們根據(jù)色彩圓盤，用相反的顏色照射，可以達(dá)到別的對比度。如，用冷色光照射暖色光的物體，顏色會變暗；用冷色光照射冷色光的物體，顏色則會變亮

　　使用彩色照相機(jī)時(shí)，通常選擇白色。使用單色照相機(jī)時(shí)，需要具備以下知識。
　　2）、根據(jù)使用波長進(jìn)行檢測：見（圖四）
　　使用紅色照明獲得的對比度高于使用藍(lán)色照明，因?yàn)榍罢咄高^性更好（散射率更低）。不同波長的光線呈現(xiàn)不同的顏色。波長決定特定顏色的特征，如容易透射（紅光—波長較長）、容易散射（藍(lán)光—波長較短）。