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影像视觉集成之---光源的设计和选型
  1. [ 日期:2017-07-26 查看次数:237 ]

本文转自网络,由源兴光学整理编辑

光源选型时打光的指导方法:

光线太暗或太亮会影响视觉系统。

光线的主要功能是产生光学信号。

减少噪声是照明要解决的主要问题之一。

只有来自目标并到达镜头的光线才是有效的光线。

进入镜头但非来自目标的光线为杂散光,它将降低图像摄取装置的成像质量。

来自目标的任意光线都应填满镜头的入瞳。

 

市场上各种机器影像视觉光源越来越多,如何选择一款适合项目需求的光源产品,是摆在很多应用工程师面前的一个难题。这个问题本身很难总结出一个千篇一律的结论,我们这里只是提出一些需要加以注意的地方供大家参考。

 

光源设计

主要包括光源设计的是否合理,视场内光照是否均匀,扩展性(可否加装漫射板,偏光镜等)是否良好,安装是否方便等。

产品质量

产品质量问题是我们尤其需要关注的问题。它包括芯片的使用寿命,亮度衰减快慢,色温范围,发光均匀性,散热合理性等问题。

性价比

优越的性价比是一个优秀的企业采购者的极致追求。

工作距离

不同的光源的最佳工作距离是不同的。在实际应用由于场地,环境的限制,工作距离尤其需要引起我们的注意。

技术支持

良好的技术支持是项目得以顺利进行的保障。

 

光源选型的一般过程如下:

提出问题----定义检测目标-----收集制定完整的规格列表----可行性研究: a 这个零件是如何被肉眼看到的;b这个零件将如何照射其上的光学特性;c 将自己想成这个零件-----概念设计------实验室的反复试验

------原型产品生产-------试用、反馈、改进------批量生产、制造。

 

光源选择的注意事项

1、镜头的工作距离;

2、现场的安装障碍;

3、照明对象的现场实际情况;

4、照明对象特征是否存在特殊性;

5、图像是否需要彩色;

6、安装的便利性;

7、成本;

满足应用,综合考虑,理论分析,最后实验验证。

 

条光选型要领:

1、条光照射宽度最好大于检测的距离,否则可能会照射距离远造成亮度差,或者是距离近而幅射面积不够;

2、条光长度能够照明所需打亮的位置即可,无须太长造成安装不便,同时也增加成本,一般情况下,光源的安装高度会影响到所选用条光的长度,高度越高,光源长度要求越长,否则图像两侧亮度传经比中间暗;

3、如果照明目标是高反光物体,最好加上漫射板,如果是黑色等暗色不反光产品,也可以拆掉漫射板以提高亮度;

 

环光选型要领:

1、了解光源安装距离,过滤掉某些角度光源;例如要求光源安装尺寸高,就可以过滤掉大角度光源,选择用小角度光源,同样,安装高度越高,要求光源的直径越大;

2、目标面积小,且主要特性在表面中间,可选择小尺寸0角度或小角度光源;

3、目标需要表现的特征如果在边缘,可选择90度角环光,或大尺寸高角度环形光;

4、检测表面划伤,可选择90度角环光,尽量选择波长短的光源;

 

条形组合光选型要领:

1、条形组合光在选择时,不一定要按照资料上的型号来选型,因为被测的目标形状、大小各不一样,所以可以按照目标尺寸来选择不同的条形光源进行组合;

2、组合光在选择时,一定要考虑光源的安装高度,再根据四边被测特征点的长度宽度选择相对应的条形光进行组合;

 

背光源/平行背光源造型要领

1、选择背光源时,根据物体的大小选择合适大小的背光源,以免增加成本造成浪费;

2、背光源四周一条由于的外壳遮挡,因此其亮度会低于中间部位,因此,选择背光源时,尽量不要使目标正好位于背光源边缘;

3、背光源一般在检测轮廓时,可以尽量使用波长短的光源,波长短的光源其衍射性弱,图像边缘不容易产生重影,对比度更高;

4、背光源与目标之间的距离可以通过调整来达到最佳的效果,并非离得越近效果越好,也非越远越好;

6、检测液位可以将背光源侧立使用;

5、圆轴类的产品,螺旋状的产品尽量使用平行背光源;

 

同轴光造型要领

1、选择同轴光时主要看其发光面积,根据目标的大小来选择合适发光面积的同轴光;

2、同轴光的发光面积最好比目标尺寸大1.5~2倍左右,因为同轴光的光路设计是让光路通过一片45度半反半透镜改变,光源靠近灯板的地方会比远离灯板的亮度高,因此,尽量选择大一点的发光面避免光线左右不均匀;

3、同轴光在安装时尽量不要离目标太高,越高,要求选用的同轴光越大,才能保证才均匀性;

 

平行同轴光选型要领:

1、平行同轴光光路设计独特,主要适用于检测各种划痕;

2、平行同轴光与同轴光表现的牲点不一样,不能替代同轴光使用;

3、平行同轴光检测划伤之类的产品,尽量不要选择波长长的光源;

 

其他光源选型要领:

1、了解特征点面积大小,选择合适尺寸的光源;

2、了解产品特性,选择不同类型的光源;

3、了解产品的材质,选择不同颜色的光源;

4、了解安装空间及其他可能会产生障碍的情况,选择合适的光源;

 

案例分析

 

护照检测

检测的内容主要有水印、微缩文字、人图象、证件的有效时间、以及其他暗号。需要多种光源(同轴光,组合条光,条光)组合使用。

 

酒瓶盖条码检测

检测的内容主要有条码识别、条码打标位置是否偏离;使用光源:204mm60度蓝光

选型分析:

1、了解产品特性:

   瓶盖上面是黑色,另有红黑交错背景图案,条码为激光刻印显灰色,为了显现出条码,应该将字符打亮,背景与字符分辨明显;我们如果选用红色光源的话,背景中的红色会滤掉打白,会干扰同为白色的字符,所以,我们应该利用光源的互补原理,采用蓝色光源,将红色背景尽量打黑;

2、了解产品形状选择合适光源

   瓶盖为圆形,直径为25MM,一般此情况可以选择同轴光或者环形光比较合适;

3、了解产品材质特性选择合适光源

   瓶盖为金属材料,表面有印刷图案,比较光滑,反光度很强,选用同轴光或带角度的环形光比较合适;

4、模拟现场打光选择能用的光源

   由于酒瓶必须装在包装纸箱里,瓶盖离纸箱上顶部的距离有80MM,考虑需要留一定的空间,因此,瓶盖离光源需要的距离为100MM或以上,如此高的距离,小同轴光跟小环光以及低角度光就不能满足要求,必须选用大同轴光跟大环光

5、打光试验

   根据以上情况选择大致的光源后,再进行性价比对比,选择性价比高的光源进行实际打光测试(同轴光如果提到110MM距离的话,需要用到120左右的光,单位价值比较高,所以选择环形光比较经济)

6、最终确定光源

   根据打光效果图进行软件处理,在得到可靠性准确性的条件下选择正确的光源。

 

以上述案例可以看出:

1、产品的颜色影响光源的颜色;

2、产品的特性可以确定光源的照射方式,从而确定光源的类型;

3、产品的安装空间及相机、镜头、传感器的位置等障碍可以摒弃一些不方便安装的光源;

4、光源的安装高度影响光源的类型及大小;

 

选型分析:

1、了解产品特性:

    ITO薄膜是一种n型半导体材料,具有高的导电率、高的可见光透过率,属于特殊的印刷线路,用肉眼无法看到,所以用普通的光源无法完成拍摄,这里我们选用紫外同轴光源来完成拍摄;

2、紫外光源的发光亮度比较低,这就需要光源在镜头倍率、光源安装高度、漫射板材质方面合理搭配,否则会造成上面图一的情况:亮度不够,光源灯珠影子明显,图像均匀性差;

3、选型分析:

   先了解拍摄视野有多少,选择好镜头后,再了解光源的安装高度,一般情况下光源会离镜头的距离比较近,然后用合适大小的紫外同轴光去打光测试,确定好最佳的工作距离,然后观察图像的均匀性,换选不同透光率的漫射板,即要保证紫外光的透过率最大化,又不能让灯珠太明显投射到图像里,亮度可以通过选择大光发尺寸的同轴光来解决;

4、最终确定光源:

如何获得一幅好图像?

合适像素的相机;

与相机像素接近分辨率的镜头;

适应拍摄特征的光源;

合适的通光亮,尽量以光源的亮度作为首要介质;

减少外界光干扰;

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