机器视觉照明光源技术要点分析

2014-04-06陈志特

河南科技 2014年2期

陈志特

（东莞科视自动化科技有限公司，广东东莞 523000）

用机器来代替人眼对相关事物进行的测量和判断就是机器视觉。机器视觉系统可以将相关事物通过相应的视觉产品转换成相应的图像信号，并用图像处理系统对其进行处理，以实现对相关设备的有效控制。

1 机器视觉照明光源系统概述

机器视觉系统对图片的处理需要依赖图片处理系统，而图片处理系统的运行状况可能会受到实际运用中各种因素的影响，如视觉对象周围光线的变化以及对象的材质和位置等。机器视觉系统能否高效运行的重要依据是否为其配备良好的光源和照明方案。而优秀的照明光源方案不仅能够对物品的主测量面进行有效的突出，还能在物体的重要和不重要部分之间进行一个对比强烈的区分。

在20 世纪90年代以后，一些研究图像处理的公司相继出现，图像处理方面的产品也逐渐面世，但产品还存在着很多方面的问题，很多企业在这些设备的应用上也没有相应的概念。不同的光源设备有其自身的特点和优势，也有其适应的相关领域。在这些种类多样的照明光源当中，LED 光源因其使用寿命长和高稳定性得到了普遍的认可，在照明光源领域的地位越来越重要。

2 机器视觉照明光源及LED 光源

照明光源对整个机器视觉系统有着重要的影响。照明光源的类型主要包括以下几种类型：白炽光源、荧光光源、LED 光源、闪光光源、X 射线光源。目前，LED 光源最为常用，而且已在机器视觉光源领域占主导地位，已成为机器视觉的首选光源。

LED 光源是新的光源类型，以其特有的特点能够取代很多类型的传统光源。LED 光源有着不同的颜色和多样化的形状、材质、亮度。LED 光源的特点和优势主要包括：（1）LED 光源可以高频率操作，响应速度快，且耗电量非常低，仅是白炽光源的万分之一。（2）LED 光源可以使用低压电源，相比使用高压电源的光源就安全多了。（3）LED 光源在散热设计良好的情况下可以使用10万小时，有着很长的使用寿命。（4）LED 光源的单元体积很小，使用得LED 光源结构设计更加灵活。（5）LED 光源能够对光线进行高效的管控，有着较强的方向性，大大提高了其照明效果。（6）LED 光源是绿色光源，可回收，无污染，且其颜色能够多变。

LED 光源以其特有的优点被广泛应用于社会生产各领域中。在机器视觉领域中的应用种类非常的多，主要有均匀背光源、条形光源、环形光源、同轴光源、高亮线型光源等等。

3 机器视觉照明技术

机器视觉照明的主要目标是选择合适的光源以某种方式将光线投射到被测物体上，突出被测特征部分与背景的对比度。好的照明能够改善整个系统的分辨率，简化软件的运算，提高系统精度与稳定性；不适合的照明，则会引起很多问题，比如花点、眩光、曝光过度会隐藏许多重要信息；阴影会引起边缘的误检；而信噪比过低、均匀性不够导致图像阈值选择困难，系统稳定性下降等等。

怎样才能选择到一个最佳的照明方案呢？需要考虑很多因素，比如光源的类型、光源的颜色、光的强度等，还有工作距离、物体大小、发光器件、源控制方式等都需要考虑。

从以往的经验中来看，对于每种不同的检测样品，通常需要采用不同的照明方式才能得到理想的特征，甚至有时需要采用组合光源的方式才能得到理想的特征，因此除了必须的理论知识外，平时的经验积累也是相当的重要的。

机器视觉照明技术主要分为以下几类：

（1）前向照明技术。前向照明技术是将照明光源系统放置在相机和被测量物体的前面，以对物体的表面情况和相应细节做一个清晰的探照，看是否存在缺陷、划痕等问题。前向照明光源主要有条形光源，环形光源、点光源、线型光源、四面可调光源等。通常用于平面和有表面纹理的表面检查，根据使用的安装位置，可分为高角度照明和低角度照明。

（2）背向照明技术。将照明光源放在被测量物体的后面，而将相机放在被测量物体的前面，这种照明光源技术就是背向照明。背向照明光源主要有均匀背光源、平行背光源和同轴光源。这种背面照射技术，用来形成不透明物体的阴影或观察透明物体的内部。这是一种与其他方式不同的照明方式，其是以光源高亮作为背景，而以目标黑暗为特征的照明方式。优点是边缘特别突出；缺点是观察不到表面细节。

（3）结构光照明技术。结构光照明技术是将光线以一定结构投影到被照物体上以实现所需要照明的一种技术。主要应用于大面积需要均匀照明的物体。结构光照明光源主要有圆顶光源、四面无影光源等。优点是可以得到较均匀的照明方式；缺点是无论是单个或多个光源，其体积都比较大。

近十年来，在机器视觉行业中已经形成了一系列的标准光源，比如条形光源、环形光源、同轴光源等等。在机器视觉光源的设计中，重点需要考虑均匀性设计、强度设计、散热设计，电压电流设计。其中散热设计和电压电流设计是影响视觉光源产品质量的核心要素。