机器视觉 - 光源选型

光源及其作用

光源包括可见光(不同颜色的)、紫外光、红外光。
如果光源选不对,那么算法可能无法识别,比如无法拍摄清楚表面的缺陷。
作用:
1、确保亮度一致,避免环境光干扰。
2、提高被检测目标与背景的对比度。

光源的结构及其作用

光源主要分为7种:环形光源、条形光源、背部光源、同轴光源、穹顶光源、开孔面光源、点光源。

环形光源

环形光源是最常用的光源。
环形光源

灯珠的角度和水平线之间的夹角,是光源角度。
光源的角度发生变化,对成像都有不同的效果。
90度灯珠角度示意图
30度灯珠角度示意图
常见的灯珠角度有90°、60°、45°、30°、15°、0°等,根据特征灵活调整。
在光源前方增加一个漫射版,可以让光源更加柔和,减少反光,但是灯珠角度带来的特性也会被削弱。

高角度的环形光(60°~90°):比较适合于平整表面的字符或轮廓检测。
低角度的环形光(0°~45°):比较适合做表面划痕、凹坑的检测。
无影的环形光(加漫射版):适合复杂曲线产品,柔和的光线,消除表面弧度的阴影。

条形光源

适合长条状或大面积产品的检测。
特点:
1、长度可定制。
2、使用更灵活,角度可调节。

背部光源

精准测量场景使用,让工件的边缘和形状清晰透出来,避免产品表面反光等问题。
适合半透明或透明物体表面缺陷的检测。

同轴光源

光线和相机的镜头光轴处于同一条线上,可以实现垂直照射的效果。
同轴光源

优势:
1、成像清晰均匀
2、可以克服反光带来的干扰,适合高反光表面

穹顶光源(碗光)

适合曲面、凹凸不平、高反光表面(比如眼镜)产品检测。
穹顶光源
特点:
1、发光角度全覆盖,可以提供半球范围内各方向的打光。
2、均匀性高,弱化表面高低差造成的阴影。
3、彻底抑制反光。

开孔面光源

类似背部光源,在背部光源上开了一个孔,但是从正面照射。
特点:
1、大面积高均匀性,亮度均匀,易于定制。
2、适合条码识别

点光源

光线高度聚焦,适合微小零件。聚光、导光能力很强。
可以把光聚集在很小的区域,亮度是普通灯光的十倍以上。
通常和远心镜头搭配使用。
适合字符、二维码、高反光面极细的划痕检测使用。

光源的颜色及其作用

亮度相同的情况下,光源颜色不同,打在被测零件上,效果不一样。
不同颜色光源的区别

波长

人眼看到不同的颜色,是因为光有不同的波长,不同颜色对应着不同的波长。
波长和颜色

超过750nm以上的红光,人眼看不到,但穿透性很强,可以穿透深色塑料、液体。可以用来检测深色口服液的液位,可以穿透棕色瓶子。

波长短的光,比如蓝光、紫光、小于380nm的紫外光,散射性很强,适合划痕、麻点的检测。比如检测玻璃表面的划痕。

高波段(红光):远距离抗衰弱的能力强,抗粉尘水雾的能力强,适合远距离照射读码或车间环境不好的场景。

中波段(绿光):兼顾穿透性和分辨率,同等光源功率下,绿光更亮,噪点更少,适合高速检测,低光照场景。金属反光表面,绿光比红光有更高锐度,比蓝光杂光干扰更少。成像畸变更小。高精度检测设备使用绿光。

低波段(蓝紫光):光子能量最高,成像分辨率最高,表面穿透能力弱。对表面凹凸变化敏感,有弱荧光反应。高反射面检测适合。但有效打光距离小,容易受到环境光干扰。

红外光:检测透明塑料包装袋,识别容器内的物体(比如液位)适合使用红外光。

紫外光:光子能量很高,成像分辨率远高于可见光,有荧光反应适合防伪标记检测、胶水残留、油污、印刷质量、指纹残留检测,捕捉很小的表面缺陷,但穿透性很差,有辐射。

色温

全光谱光:和太阳光类似,最大程度还原物体本身颜色,通用场景使用。
暖光(2000K)穿透性强,适合深色或复杂纹理检测。
中性白(5500K)还原物体本身颜色。适合颜色识别项目
冷光(7000K)适合微小缺陷检测,划痕检测

互补色和相邻色的应用

互补色和相邻色
互补色主要是为了高对比度,清晰产品轮廓和缺陷。
比如红色的苹果,用青色的光达到苹果上,拍的照片苹果就是深色(黑色)的。
相邻色就是指色环上挨着的颜色。相邻色打到被测物体上时,零件几乎不吸收光线,很多光反射到相机中,有鲜明对比。在照片中会变成浅色(白色)。

因此:互补色凸显被检测物,高亮背景;相邻色过滤杂乱背景,清晰轮廓。

光源细节参数与配件

1、正确选择光源发光面,调整合适距离,一般建议被检测物体的1.5到2倍的区间范围,粗糙表面按1.5倍选

2、保证光源稳定充足,没有杂光干扰。可以增加和光源同一颜色的滤镜。

3、狭窄空间场景使用棱镜。

4、金属、玻璃强反光零件,可以使用偏振镜。

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