机器视觉检测光源论文

•理想的光源应该是明亮，均匀，稳定的•视觉系统使用的光源主要有三种高频荧光灯光纤卤素灯LED（发光二极管）照明 •高频荧光灯使用寿命约1500－3000小时优点：扩散性好、适合大面积均匀照射缺点：响应速度慢，亮度较暗 •光纤卤素灯使用寿命约1000小时优点：亮度高缺点：响应速度慢，几乎没有光亮度和色温的变化•LED灯使用寿命约10000－30000小时可以使用多个LED达到高亮度，同时可组合不同的形状响应速度快，波长可以根据用途选择三、LED光源的优势•可制成各种形状、尺寸及各种照射角度；•可根据需要制成各种颜色，并可以随时调节亮度；•通过散热装置，散热效果更好，光亮度更稳定；•使用寿命长（约3万小时，间断使用寿命更长）；•反应快捷，可在10微秒或更短的时间内达到最大亮度；•电源带有外触发，可以通过计算机控制，起动速度快，可以用作频闪灯；•运行成本低、寿命长的LED，会在综合成本和性能方面体现出更大的优势；•可根据客户的需要，进行特殊设计。四、 LED光源的颜色•主要颜色红色蓝色绿色白色•其他颜色橙色红外紫外五、 照明技术的基础知识1、照射光的种类(1)直射光主要来自于一个方向的光，可以在亮色和暗色阴影之间产生相对高的对比度图像。(2)漫射光（扩散光）各种角度的光源混合在一起的光。日常的生活用光几乎都是扩散光。(3)偏振光在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿某一个固定方向振动的光。通常是利用偏光板（片）来防止特定方向的反射。(4)平行光照射角度一致的光。太阳光就是平行光。发光角度越窄的LED直射光越接近平行光。对比度：对比度对机器视觉来说非常重要。机器视觉应用的照明的最重要的任务就是使需要被观察的特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的对比度，从而易于特征的区分。对比度定义为在特征与其周围的区域之间有足够的灰度量区别。好的照明应该能够保证需要检测的特征突出于其他背景。 2、六种照明技术通用照明，背光，同轴（共轴），连续漫反射，暗域及结构光。 (1)一般目的的照明通用照明一般采用环状或点状照明。环灯是一种常用的通用照明方式，其很容易安装在镜头上，可给漫反射表面提供足够的照明。(2)背光照明：背光照明是将光源放置在相对于摄像头的物体的背面。这种照明方式与别的照明方式有很大不同因为图像分析的不是发水光而是入射光。背光照明产生了很强的对比度。应用背光技术时候，物体表面特征可能会丢失。例如，可以应用背光技术测量硬币的直径，但是却无法判断硬币的正反面。(3)同轴照明：同轴照明是与摄像头的轴向有相同的方向的光照射到物体的表面。同轴照明使用一种特殊的半反射镜面反射光源到摄像头的透镜轴方向。半反射镜面只让从物体表面反射垂直于透镜的光源通过。同轴照明技术对于实现扁平物体且有镜面特征的表面的均匀照明很有用。此外此技术还可以实现使表面角度变化部分高亮，因为不垂直于摄像头镜头的表面反射的光不会进入镜头，从而造成表面较暗。连续漫反射照明：连续漫反射照明应用于物体表面的反射性或者表面有复杂的角度。连续漫反射照明应用半球形的均匀照明，以减小影子及镜面反射。这种照明方式对于完全组装的电路板照明非常有用。这种光源可以达到170立体角范围的均匀照明。(4)暗域照明：暗域照明是相对于物体表面提供低角度照明。使用相机拍摄镜子使其在其视野内，如果在视野内能看见光源就认为使亮域照明，相反的在视野中看不到光源就是暗域照明。因此光源是亮域照明还是暗域照明与光源的位置有关。典型的，暗域照明应用于对表面部分有突起的部分的照明或表面纹理变化的照明。(5)结构光：结构光是一种投影在物体表面的有一定几何形状的光（如线形、圆形、正方形）。典型的结构光涉及激光或光纤。结构光可以用来测量相机到光源的距离。多轴照明：在许多应用中，为了使视野下不同的特征表现不同的对比度，需要多重照明技术。3、选择光源应考虑的系统特性(1)亮度当选择两种光源的时候，最佳的选择是选择更亮的那个。当光源不够亮时，可能有三种不好的情况会出现。第一，相机的信噪比不够；由于光源的亮度不够，图像的对比度必然不够，在图像上出现噪声的可能性也随即增大。其次，光源的亮度不够，必然要加大光圈，从而减小了景深。另外，当光源的亮度不够的时候，自然光等随机光对系统的影响会最大。(2)鲁棒性测试好光源的方法是看光源是否对部件的位置敏感度最小。当光源放置在摄像头视野的不同区域或不同角度时，结果图像应该不会随之变化。方向性很强的光源，增大了对高亮区域的镜面反射发生的可能性，这不利于后面的特征提取。在很多情况下，好的光源需要在实际工作中与其在实验室中的有相同的效果。好的光源需要能够使你需要寻找的特征非常明显，除了是摄像头能够拍摄到部件外，好的光源应该能够产生最大的对比度、亮度足够且对部件的位置变化不敏感。光源选择好了，剩下来的工作就容易多了！机器视觉应用关心的是反射光（除非使用背光）。物体表面的几何形状、光泽及颜色决定了光在物体表面如何反射。机器视觉应用的光源控制的诀窍归结到一点就是如何控制光源反射。如何能够控制好光源的反射，那么获得的图像就可以控制了。因此，在机器视觉应用中，当光源入射到给定物体表面的时候，明白光源最重要的方面就是要控制好光源及其反映。(3)光源可预测当光源入射到物体表面的时候，光源的反映是可以预测的。光源可能被吸收或被反射。光可能被完全吸收（黑金属材料，表面难以照亮）或者被部分吸收（造成了颜色的变化及亮度的不同）。不被吸收的光就会被反射，入射光的角度等于反射光的角度，这个科学的定律大大简化了机器视觉光源，因为理想的想定的效果可以通过控制光源而实现。物体表面：如果光源按照可预测的方式传播，那么又是什么原因使机器视觉的光源设计如此的棘手呢？使机器视觉照明复杂化的是物体表面的变化造成的。如果所有物体表面是相同的，在解决实际应用的时候就没有必要采用不同的光源技术了。但由于物体表面的不同，因此需要观察视野中的物体表面，并分析光源入射的反映。(4)控制反射如果反射光可以控制，图像就可以控制了。这点再怎么强度也不为过。因此在涉及机器视觉应用的光源设计时，最重要的原则就是控制好哪里的光源反射到透镜及反射的程度。机器视觉的光源设计就是对反射的研究。在视觉应用中，当观测一个物体以决定需要什么样的光源的时候，首先需要问自己这样的问题：“我如何才能让物体显现？”“我如何才能应用光源使必须的光反射到镜头中以获得物体外表？” 影响反射效果的因素有：光源的位置，物体表面的纹理，物体表面的几何形状及光源的均匀性。(5)光源的位置既然光源按照入射角反射，因此光源的位置对获取高对比度的图像很重要。光源的目标是要达到使感兴趣的特征与其周围的背景对光源的反射不同。预测光源如何在物体表面反射就可以决定出光源的位置。(6)表面纹理物体表面可能高度反射（镜面反射）或者高度漫反射。决定物体是镜面反射还是漫反射的主要因素是物体表面的光滑度。一个漫反射的表面，如一张不光滑的纸张，有着复杂的表面角度，用显微镜观看的时候显得很明亮，这是由于物体表面角度的变化而造成了光源照射到物体表面而被分散开了。而一张光滑的的纸张有光滑的表面而减小了物体表面的角度。光源照射到光源的表面并按照入射角反射。(7)表面形状一个球形表面反射光源的方式与平面物体不近相同。物体表面的形状越复杂，其表面的光源变化也随之而复杂。对应一个抛光的镜面表面，光源需要在不同的角度照射。从不同角度照射可以减小光影。(8)光源均匀性不均匀的光会造成不均匀的反射。均匀关系到三个方面。第一，对于视野，在摄像头视野范围部分应该是均匀的。简单的说，图像中暗的区域就是缺少反射光，而亮点就是此处反射太强了。不均匀的光会使视野范围内部分区域的光比其他区域多。从而造成物体表面反射不均匀（假设物体表面的对光的反射是相同的）。均匀的光源会补偿物体表面的角度变化，即使物体表面的几何形状不同，光源在各部分的反射也是均匀的。(9)光源技术的应用：光源技术是设计光源的几何及位置以使图像有对比度。光源会使那些感兴趣的并需要机器视觉分析的区域更加突出。通过选择光源技术，应该关心物体使如何被照明及光源是如何反射及散射的。六、如何选择光源1、 背光——测量系统的最佳选择2、 亮场——最直接的照明3、暗场——适合光滑表面的照明4、结构光法——最简便的三维测量5、彩色的考虑——三原色。光的三原色：红、绿、蓝；色彩三原色：青、紫、黄•世界上所有颜色都是由三原色按不同比例组合而成•三原色的色光叠加为白光。如：日光•三原色的色彩叠加为黑色•红、绿、蓝三色为互补色。光照在物体上，物体只反射与自身颜色相同的色光；不同色光照在互补色物体上完全不反光。如：红光照红色物体，黑白相机成象物体为白色；红光照绿色物体，黑白相机成象物体为黑色 本文来自CSDN博客，转载请标明出处：

机器视觉光源一般都配合镜头和相机一起使用，根据需求特性、相机、镜头特点，选择合适的光源。如果单在这里说某个光源的特点，很难全面化，当然了您可以先在机器视觉商城了解下不同种类光源的大体特性，然后再根据需求选择合适的一款。

光源选择应注重以下几点：

1、 对比度好的光源应该要保证将物体的特征明显的表现出来，易于与其他物体形成对比。那么，怎么用光源来检测图像的对比度呢？可以使用相同颜色的光源照射物体，看看是否有部分变亮；或是采用相反颜色的光源照射物体，看是否有部分变暗；或是采用不同的波长照射物体，物体穿透能力越强，波长则越短。

2、适应性好的光源应该能够做到在实验中和实际中的效果一致，要拥有良好的适应环境的性能。

3、均匀性光源在使用的时候要保证均匀性，要保证整个系统的正常运行

4、可维护性

可以了解下51camera自主研发的机器视觉光源

ZQA-3000W 为51camera自主研发，专为复杂环境下视觉照明使用的光源。具有照射范围大，亮度高，亮度稳定等优点。在高速频闪的工作模式下可以精准控制点亮时刻及点亮时间；可以在高速、远距离、大范围、危险环境、高温、光线干扰等各种环境下为视觉系统提供可靠的照明。

ZQA-3000W 选用超高品质材料，瞬间亮度超高、稳定性好。在指定大小区域内，可以达到 1000000Lux 以上瞬间亮度。产品可无衰减点亮 10^8 次以上。

ZQA-3000W 采用独有技术，可瞬间增量至普通光源的十倍以上。 驱动电路为自主研发电路，点亮时间可做 us 级调节，可提供反接保护，过载保护等。

应用场景：公路智能交通轨道交通隧道检测大型工件定位及检测机器人抓取安全与监控医药生产化学生产高温状态下物体检测

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工业与智能制造密不可分，智能制造与机器视觉密不可分。机器视觉是近年来发展迅速的新技术，利用光学和机电一体化使机器具有视觉功能。机器视觉为工业自动化打开了一扇“新窗口”。在智能制造时代，机器视觉具有非常大的发展潜力。

机器视觉使机器能够了解世界

顾名思义，机器视觉是用机器代替人眼进行测量和判断。机器视觉的应用主要表现在四个方面：

1、导向和定位：装载和卸载使用机器视觉定位和引导机器人手臂准确抓握。

2、外观检查：检查生产线上的产品是否存在质量问题。这个环节也是取代劳动力最重要的部分。

3、高精度检测：部分产品精度高，达到甚至u，人眼无法检测到，必须用机器完成。

4、识别：数据可追溯性和收集，适用于 汽车 零件，食品，医药等其他应用。

以检测应用为例，简要介绍机器视觉的工作原理。使用工业相机收集被测设备的图像是机器视觉中最重要的部分。为了检测所有需要的功能，有必要不断调整光源和摄像机的参数，然后使用专业的图像处理软件将模拟信号转换为数字信号，然后计算出来，提取目标的检测特征，如颜色、器件表面是否有划痕、尺寸是否合格，表面涂层是否均匀等，然后输出结果，反馈到机械端对器件进行分检，将不合格器件挑选出来，即图像获取、信息处理和完成分拣三个过程。

在智能制造时代，机器视觉具有很大的发展潜力

全球机器视觉行业主要分布在北美，欧洲和日本，北美占62％，欧洲占15％，日本占10％。

中国的机器视觉相关产业起步较晚，但发展速度很快。自2009年以来，它已进入快速发展期，年增长率为15-20％。目前，中国已成为仅次于美国和日本的世界第三大机器视觉市场。 2015年，其市场规模达到22亿元，占全球的％，增长率为％，远高于全球平均水平。从2016年到2020年，中国机器视觉市场的增长率预计将保持在20％以上，这将达到10亿美元的市场空间。

中国的机器视觉系统仍主要用于半导体和电子制造领域。 2015年，它占总数的％，特别是SMT贴片，AOI/AXI设备和连接器检测。下游机器视觉应用中 汽车 和医药也占很大比例，2015年分别达到％和％。

机器视觉系统的优点是提高所生产产品的质量和生产线的自动化。特别是在一些不适合手工作业或人眼难以满足要求的危险工作中，同时，在大规模的工业生产过程中，产品质量通过人工视觉检查，精度不高，机器视觉检测方法可以大大提高。提高生产效率和生产自动化。业界预计机器视觉的未来将进一步开放。

机器视觉技术的工业应用

目前，国内机器视觉技术广泛应用于电子和半导体制造， 汽车 制造，工业测试，药品检测和包装，食品包装，印刷和测试，铁路和公路测试，公共安全，金融，生物医学， 娱乐 ，军事，化学研究和其他领域。毫无疑问，工业领域是机器视觉应用的最大比例。重要原因是中国已成为全球制造，高需求零件加工的加工中心及其相应的先进生产线改造，使机械视觉产品在工业制造中得以实现。

基于机器视觉的工业机器人定位技术

机器人的智能程度影响整个行业的发展。传统机器人主要通过教学再现或预编程来执行各种操作，这极大地限制了机器人的应用。具有力感，机器视觉和各种传感器的机器人运动控制技术是灵活自动化制造技术的典范。通过机器人的视觉控制，不需要预先教导或离线编程工业机器人的运动轨迹，这可以节省很多钱，编程时间，提高生产效率和加工质量。

工业在线检测系统

机器视觉在工业在线检测的各种应用中非常活跃，例如：印刷电路板的目视检查，钢板表面的自动探伤，大型工件的平行度和垂直度测量，容器体积或杂质检测，自动识别和分类，机械零件几何尺寸测量等。

例如，ROVER（ 汽车 ）800系列车身轮廓尺寸精度的100％在线检测是工业检测中使用的机器视觉系统的典型示例。该系统由62个测量单元组成，每个测量单元由一个激光器和一个CCD摄像头组成，用于检测机身外壳上的288个测量点。检查系统每40秒检测一个车身的速度，并检测三种类型的车身。系统将测试结果与CAD模型中的尺寸进行比较，测量精度为± mm。

1、环形光源

环形光源提供不同照射角度、不同颜色组合，更能突出物体的三维信息；高密度LED阵列，高亮度；多种紧凑设计，节省安装空间；解决对角照射阴影问题；可选配漫射板导光，光线均匀扩散。应用领域：PCB基板检测，IC元件检测，显微镜照明，液晶校正，塑胶容器检测，集成电路印字检查

2、背光源

用高密度LED阵列面提供高强度背光照明，能突出物体的外形轮廓特征，尤其适合作为显微镜的载物台。红白两用背光源、红蓝多用背光源，能调配出不同颜色，满足不同被测物多色要求。应用领域：机械零件尺寸的测量，电子元件、IC的外型检测，胶片污点检测，透明物体划痕检测等。

3、条形光源

条形光源是较大方形结构被测物的首选光源；颜色可根据需求搭配，自由组合；照射角度与安装随意可调。应用领域：金属表面检查，图像扫描，表面裂缝检测，LCD面板检测等。

4、同轴光源

同轴光源可以消除物体表面不平整引起的阴影，从而减少干扰；部分采用分光镜设计，减少光损失，提高成像清晰度，均匀照射物体表面。应用领域：系列光源最适宜用于反射度极高的物体，如金属、玻璃、胶片、晶片等表面的划伤检测，芯片和硅晶片的破损检测，Mark点定位，包装条码识别。

5、AOI专用光源

不同角度的三色光照明，照射凸显焊锡三维信息；外加漫射板导光，减少反光；不同角度组合；应用领域：用于电路板焊锡检测。

6、球积分光源

具有积分效果的半球面内壁，均匀反射从底部360度发射出的光线，使整个图像的照度十分均匀。应用领域：合于曲面，表面凹凸，弧形表面检测，或金属、玻璃表面反光较强的物体表面检测。

7、线形光源

超高亮度，采用柱面透镜聚光，适用于各种流水线连续检测场合。应用领域：阵相机照明专用，AOI专用。

8、点光源

大功率LED，体积小，发光强度高；光纤卤素灯的替代品，尤其适合作为镜头的同轴光源等；高效散热装置，大大提高光源的使用寿命。应用领域：适合远心镜头使用，用于芯片检测，Mark点定位，晶片及液晶玻璃底基校正。

9、组合条形光源

四边配置条形光，每边照明独立可控；可根据被测物要求调整所需照明角度，适用性广。应用领域：CB基板检测，IC元件检测，焊锡检查，Mark点定位，显微镜照明，包装条码照明，球形物体照明等。

10、对位光源

对位速度快；视场大；精度高；体积小，便于检测集成；亮度高，可选配辅助环形光源。应用领域：VA系列光源是全自动电路板印刷机对位的专用光源。

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