工业相机视觉系统学习:照明光源选择

1.0 选择照明的三个步骤

1.1 选择照明的方式(镜面反射光、漫反射光、透射光等)

  • 观察检测部位的特点(损伤、形状、有无等)。
  • 观察表面(平面、曲面、是否有凹凸不平等)加以决定。

1.2 选择照明的方法*形状

  • 根据工件条件、设置条件等加以决定。
  • 环形光、低角度光、同轴光、碗光等。

1.3 选择照明的颜色(波长)

  • 根据工件和背景的材料、颜色等加以决定。
  • 蓝色、红色、白色等。

照明器材的典型形状(LED):


2.0 选择照明:第一步(镜面反射、漫反射与透射)

LED 照明种类繁多,大体上可以分为如下三种:

  1. 镜面反射型:镜头接收的光线是来自拍摄对象的镜面反射光线。
  2. 漫反射型:避开来自拍摄对象的镜面反射光,而接收整体、均一的光线。
  3. 透射型:接收来自拍摄对象背景的光线。是一种检测轮廓的照明方式。


2.1 镜面反射图像例 金属表面的刻印缺印检查


需要强调平坦的金属表面与凹凸不平的刻印部分之间的反差。

金属表面容易反射光线,因此最好是利用镜面反射光来强调表面与刻印之间的反差。

2.2 漫反射图像例 透明胶带内部的晶片刻印检查


需要防止产生光晕,以强调晶片表面与刻印字符之间的反差。

透明带不会产生镜面反射,因此可以选择斜向照射的漫反射光。

2.3 透射图像例 无纺布异物检查


异物与工件色调相似,从表面上看难以判别,因此需要强调异物与工件表面之间的反差。

虽然利用反射光难以观察到异物,但是只要异物的厚度、颜色与工件之间存在差异,则可以通过采用来自工件背面的透射光使异物的黑色阴影显现出来。

要点:选择照明的第一步是根据工件的形状及检查目的,确定镜面反射、漫反射、透射等照明方式。下一步是选择照明的尺寸及光线颜色,以确保所得到的图像适于检查目的。

3.0 选择照明:第二步(确定照明方法与光线形状)

3.1 镜面反射图像例 玻璃端面欠缺检查

仅使用反射光的情况下,照明光线通过镜面反射随机映射在玻璃表面。


根据工件及检查目的选择照明:

  1. 玻璃表面会映射照明光线。
  2. 需要强调玻璃与背景之间的反差。
  3. 最好使光线垂直照在工件上。
  4. 应确保工件上方有一定空间。

因此选择同轴入射照明是最适宜的。


3.2 漫反射检查例 橡胶密封圈欠缺检查

仅使用反射光的情况下,不能看到圆周上的欠缺。

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根据工件及检查目的选择照明

  1. 工件是用黑色橡胶制成的,因此不会发生镜面反射。
  2. 欠缺部分也是黑色的,同样不会发生镜面反射。
  3. 如果采用某种镜面照射角度,使欠缺部分发生镜面反射,则可以达到检查目的。
  4. 可使光源接近工件。

因此选择低角度照明是最适宜的。

3.3 透射检查例 引脚形状检查

仅使用反射光的情况下:边缘部分没有反差复。

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根据工件及检查目的选择照明

  1. 工件是金属材料制成的,表面凹凸不平,不能产生均匀的镜面反射。
  2. 如使用透射光,则可以去除表面凹凸不平的影响,从而实现边缘检查。
  3. 工件背面可以设置光源。

因此选择面光(背光)是最适宜的。

采用背光照明后,复杂的轮廓变得清晰了。

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要点:在选择了镜面反射、漫反射或透射等照明方式后,根据检查目的、背景、周围环境等确定照明类型。

一般说来,镜面反射可选择同轴入射照明、环形照明或棒型照明,漫反射可选择低角度照明、环形照明或棒型照明,透射可选择面照明或棒型照明。其中环形照明及棒型照明的设置距离更加灵活,因此应用范围更广。

4.0 选择照明:第三步(决定光线颜色及波长)

最后根据工件及背景来选择光源颜色。

使用彩色照相机时一般会使用白光。如果使用黑白照相机,则需要掌握下面介绍的知识。

4.1 利用补色进行检测

为了检测纸箱中是否有红色包装的点心,分别使用了白色、红色及黑色的 LED 光源。下图所示为三种光源造成的对比度差异。

工业相机视觉系统学习:照明光源选择

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补色:色相环图中相对的颜色互为补色。用补色光照射时会产生近似黑色的效果。

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4.2 利用波长进行检测

透过包装薄膜拍摄晶片上的刻印文字。与蓝色相比,选择薄膜透射率更高(散射率较低)的红色光源可以产生更好的反差。

  • 不可见光 : 紫外光
  • 可见光 : 紫 380 / 蓝 430 / 蓝绿 480 / 青绿 490 / 绿 500 / 黄绿 560 / 黄 580 / 橙 595 / 红 650 
  • 不可见光 : 红外光 780(单位:nm)

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波长不同的光线具有不同的颜色、透射率(例如波长较大的红色光线具有较高的透射率)、散射率(例如波长较小的蓝色光线具有较大有散射率)等特性。

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彩色相机成像 白光 / 彩色相机成像 红光 / 彩色相机成像 蓝光 / 灰度相机成像 红光 : 刻印文字透过薄膜显现出来,反差更大。 [因此应选择红光] / 灰度相机成像 蓝光

5.0 照明的理论知识 总结

选择适宜的光源可以得到良好的拍摄效果,从而有利于提高视觉系统效果。

选择光源时有一定的规律可循。一般说来,可按照下列步骤选择最理想的光源。

  • 决定镜面反射、漫反射、透射
  • 决定光源形状(制式)和尺寸
  • 决定光源颜色(波长)

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作者:江苏一棵树   专业等级:工程师   寻求专业解答(200元/小时)
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