机器视觉光源介绍及选型参考

 

机器视觉系统的核心是图像采集和处理。所有信息均来源于图像，图像本身的质量对整个视觉系统极为关键，而光源则是影响机器视觉系统图像水平的重要因素。好的打光设计能够使我们得到一幅好的图象，从而改善整个系统的分辨率。通过适当的光源照明设计可以使图象中的目标信息与背景信息得到最佳分离，可以大大降低图象处理的算法难度，同时提高系统的精度和可靠性。

 

机器视觉系统中光源的主要作用
1.照亮目标，提高亮度
2.形成有利于图像处理的成像效果，降低视觉检测系统的复杂度及对图像处理算法的难度
3.克服环境光的干扰，保证图像稳定性
4.用作测量的工具或参照

 

目前机器视觉照明主要采用LED光源（发光二极管）。由于其形状自由度高，发热少、功耗低、寿命长、响应速度快、发光强度高、单色性好、颜色多样、综合性价比高等特点，LED光源在行业内被广泛应用。

LED光源分类和应用 

01环形光源

 

LED灯珠排布成环形与圆心轴成一定夹角，有不同照射角度、不同颜色等类型，可以突出物体的三维信息；解决多方向照明阴影问题；图像出现灯影情况可选配漫射板，让光线均匀扩散。

应用：螺丝尺寸缺陷检测；IC定位字符检测；电路板焊锡检查；显微镜照明等。

 

02条形光源

 

LED灯珠排布成长条形。多用于单边或多边以一定角度照射物体。突出物体的边缘特征，可根据实际情况多条自由组合，照射角度与安装距离均有较好自由度。适用较大结构被测物。

应用：电子元件缝隙检测，圆柱体表面缺陷检测，包装盒印刷检测，药水袋轮廓检测等。

 

03同轴光源

 

同轴光源提供了比传统光源更均匀的照明，同时避免物体的反光，提高了机器视觉的准确性和重现性。适用于粗糙程度不同、反光强或不平整的表面区域，检测雕刻图案、裂缝、划伤、低反光与高反光区域分离、消除阴影等。需要注意的是同轴光源经过分光设计有一定的光损失，需要考虑亮度，并且不适用于大面积照射。

应用：玻璃和塑料膜轮廓和定位检测，IC字符及定位检测，晶片表面杂质和划痕检测等。

 

04圆顶光源

 

LED灯珠安装在底部通过半球内壁反射涂层漫反射均匀照射物体。图像整体的照度十分均匀，适用反光较强金属、玻璃、凹凸表面、弧形表面检测。

应用：仪表盘刻度检测，金属罐字符喷码检测，芯片金线检测，电子元件印刷检测等。

 

05背光源

 

LED灯珠排布成一个面(底面发光)或者从光源四周排布一圈(侧面发光)。常用于突出物体的外形轮廓特征，适用于大面积照射。背光一般放置于物体底部需要考虑结构是否适合安装，在较高的检测精度下可以加强出光平行性来提升检测精度。

应用：机械零件尺寸及边缘缺陷的测量，饮料液位及杂质检测、手机屏漏光检测，印刷海报缺陷检测，塑料膜边缘接缝检测等。

06点光源

 

高亮LED，体积小，发光强度高；多用在配合远心镜头使用，一种非直接同轴光源，检测视野较小。

应用：手机内屏隐形电路检测，MARK点定位，玻璃表面划痕检测，液晶玻璃底基校正检测等。

 

07线光源

 

高亮LED排布，采用导光柱聚光，光线呈一条亮带，通常用于线阵相机，采用侧向照射或底部照射，线光源也可以不使用聚光透镜让光线发散，增加照射面积也可在前段添加分光镜，转变为同轴线光源。

应用：液晶屏表面灰尘检测，玻璃划痕及内部裂纹检测，布匹纺织均匀检测等。

 

 

光源颜色

在工业实际运用中，由于不同工件和材料对不同光源颜色吸收程度是不一样的，要达到的效果不同，检测的项目不同，对光源颜色的需求也是不一样的，所以选择一个正确颜色的光源很重要。

不同波长的光线呈现不同的颜色。波长决定特定颜色的特征。不同颜色光源的特点如下：

颜色类型	特点
白色光源	白色光源通常用色温来界定,色温高的颜色偏蓝色(冷色，色温>5000K)，色温低的颜色偏红(暖色，色温<3300K)，界于3300与5000K之间称之为中间色，白色光源适用性广，亮度高，特别是拍摄彩色图像时使用更多。
蓝色光源	波长范围在430-480之间，广泛用于金属材质的产品，如钢轨，冷轧带钢，船舶加工件、手机外壳等。
红色光源	红色光源的波长通常在600-720之间，其波长比较长，可以透过一些比较暗的物体，例如底材黑色的透明软板孔位定位、绿色线路板线路线路检测，透光膜厚度检测等，采用红色光源更能提高对比度。
绿色光源	绿色光源波长510-530，界于红色与蓝色之间，主要针对产品：红色背景产品，银色背景产品（如钣金，车加工件等）。
红外光	红外光的波长一般为780-1400，大多采用940波长的红外光，红外光属于不可见光，其透过力强。一般LCD屏检测、视频监控行业应用比较普遍；
紫外光	紫外光的波长一般为190-400，主要采用385波长的紫外光，其波长短，穿透力强，主要应用于证件检测、触摸屏ITO检测、布料表面破损、点胶溢胶检测等方面，金属表面划痕检测等；

# 一般情况下，如果使用黑白相机，又对被测物体的颜色选择没有特殊的要求，红色是比较合适的选择。因为红色LED寿命长、稳定、价格低廉，更重要的是红色LED的波长更接近传感器的灵敏度峰值，而通常的CCD对紫色、蓝色的光敏感程度没有红光强。

颜色对比

为了方便应用，可以把可见光波段的颜色首尾相接组成一个圆环，也就是所谓的色环。色环中距离比较近的颜色为相近色或者相邻色，关于圆环中心对称的为互补色，离的比较远的为对比色。

在光照环境中，使用与物体本色相邻或相同的颜色照射，物体在图像中的亮度会相对比较高；反之，如果使用对比色光照，则会使物体在图像中显得比较暗。所以，在拍摄物体时，如果要将某种颜色打成白色，那么就得使用与此颜色相同或相似的光源（光的波长一样或接近），而如果要打成黑色，则需要选择与目标颜色波长相差较大的光源。