第一章 工业机器视觉光源种类、光源控制器介绍

目录

系列文章目录

前言

一、机器视觉——光介绍

1、生活中不同光的来源

2、机器视觉中光的颜色介绍

3、可见光的三原色

二、机器视觉——光源种类介绍

1、环形光源

2、条形光源

3、同轴光源

4、圆顶光源（穹顶系列）

5、面光源

6、点光源

7、平面无影光源

8、线扫光源系列

总结

在机器视觉现场的使用中，打光方式的不同对于图像检测的实现存在较大的区别，不同的光打到相同的目标物体上，工业相机获取到的图像数据在检测中也会有不同的表现，对于图像的识别也有较大的影响；本系列文章通过对光源的介绍，实现在工业相机应用现场的深入使用；

在工业现场的使用中，图像精度是比较重要的图像质量衡量标准，通常对于该项的影响有相机分辨率、镜头分辨率、以及光源的打光方式和打光时的对比度；   图像的亮度主要取决于光源的亮度、镜头的光圈、工业相机的曝光时间以及增益、相机像元大小的影响，而光源的亮度主要取决于光源的输出功率，输出功率合适，对于相机性能的最大化发挥有至关重要的影响；   图像对比度在图像识别中至关重要，而光源的打光方式对于对比度的影响也是最为关键的；    图像内特征的一致性（相机视野内的均匀性）对于正常识别图像也比较关键，比如图像中间和边缘的亮暗不同，一致性较差时识别起来难度较高，而大小合适的光源对于图像内特征一致性有很大的影响，所以选择一个合适大小的光源对于视野内的一致性具有至关重要的作用；   对于工业相机的重复拍摄特征稳定性要求较高的场景，光源以及光源控制器的稳定性，有着至关重要的作用，这种要求外界光源足够稳定的场景，光源的稳定性起到了至关重要的作用；     

上面提到的这些对于工业相机图像质量以及场景的要求，都与光源息息相关，因而对于相机成像的效果，光源有着至关重要的影响，本次文章对于打光方式和如何选择光源进行了详细描述，接下来让我们共同了解下工业场景下光源的选择吧！

在生活中，光主要来自于太阳光，而太阳光的辐射也是最为全面的，虽然太阳光看起来是没有颜色的，但是太阳光的组合成分却是最为复杂，即太阳光是复合光线，接下来介绍下太阳光的组合成分；

太阳光主要分为两部分：不可见光，可见光；

不可见光主要分为红外区域的不可见光和紫外区域的不可见光：

可见光主要是波长为 760nm~380nm  的光，而这部分光可以通过对太阳光使用三棱镜色散获取到；

在表现不同的可见光中，不同波长的光线呈现不同的颜色，即波长决定特定颜色的特征；

在日常生活中，太阳光/白光包含多种颜色波段的光，而这种白光可以通过三棱镜进行分解，这些我们在初级物理中即可了解到；

机器视觉光源主要用到的是可见光、部分红外光、部分紫外光；

（1）白色光：机器视觉中白色光分为冷、暖、中间色调颜色，通常在拍摄彩色图像时使用此类光源效果较好，如果对于彩色图像中某一部分有特殊需求，可以另做相关操作；

（2）蓝光：三原色光中的其中一种，比较适用于银色背景下的目标物的打光；

（3）红光：同属于三原色光中的一种，可以透过一些比较暗的物体，也可以根据颜色的吸收等不同的方法，实现不同打光效果，突出检测目标的特征，并且红色光源能够提高对比度；

（4）绿光：主要针对于红色背景、银色背景，并且在 3C 应用中，传送带多数为绿色；

（5）红外光：属于不可见光之一，透过力强，对于塑料穿透性好，可以将封装好的金属电路等内部元件显示出来，在此种应用场景下，效果和 X 射线一样好，且对于人体无伤害；

（6）紫外光：属于不可见光之一，波长较短，且穿透力强，主要应用于证件检测，触摸屏 ITO 检测，点胶溢胶检测，金属表面划痕检测等；

（7）X-ray 激光：波长短，穿透性好，可以用于透视检测、轮毂划痕及裂纹检测等；

光的三原色包括 R 、G 、B （红、绿、蓝）三种颜色的光，生活中以及工业视觉中不同颜色的光均可以通过以上三种光进行合成；

如下：

红 + 绿 = 黄

红 + 蓝 = 青

红 + 绿 + 蓝 = 白

且红、绿、蓝三种颜色均不能被再次分解，适用这三种颜色基本可以形成所有的颜色；

如下示例图像所示的加色规律：

根据光的颜色以及光的冷暖，可以将不同颜色形成一个色环，如下图所示，相邻的颜色是相似色，相对颜色是相对色；

不同种类的光源一般形状上有所差别，本节将通过不同形状的光源进行简单介绍相关光源；

        特点：360度照射无死角，照射角度、颜色组合设计灵活；能够突出物体的三维信息；

        应用场景：PCB 基板检测、 IC 元件检测、电子元件检测、集成电路字符检测、通用外观检测等机器视觉场景应用；

外观如下图所示，通过环形光源衍生出了弧形光源、高亮环形光源、环形无影光源等；

本人使用的是海康机器人提供的光源，环形光源在海康机器人官网介绍如下链接：https://www.hikrobotics.com/machinevision/visionproduct?typeId=245&id=248

        特点：发光面尺寸，颜色组合设计灵活；照射角度以及安装角度可以根据现场使用情况随意调整；条形光纤具有一定的指向性，光源漫射板可以根据现场需求拆除或者自行安装，且多个条光能够组合使用，条光组合或者单个条光是较大方形结构被测物打光的首选；

       应用场景：金属表面检测、各种字符读取检测、图像扫描、LCD 面板检测等

外观如下图所示，能够从条形光源中衍生出高亮条光、高均匀条光、集成高亮条光等；

本人使用的是海康机器人提供的光源，条形光源在海康机器人官网介绍如下链接：https://www.hikrobotics.com/machinevision/visionproduct?typeId=245&id=248

        特点：可以消除被测物表面不平整引起的阴影；并且通过分光镜的设计，能够提高成像的清晰度；

        应用场景：光滑表面划伤检测、芯片以及硅晶片破损检测、Mark点定位、条码识别等场景；

        外观如下图所示，能够从同轴光源中衍生出转角同轴光源和飞拍同轴光源等；

本人使用的是海康机器人提供的光源，同轴光源在海康机器人官网介绍如下链接：https://www.hikrobotics.com/machinevision/visionproduct?typeId=245&id=248

      特点：半球结构设计，空间360度漫反射，光线打到被拍摄物上很均匀；

      应用场景：曲面、弧形表面的检测场景，表面存在凹凸的检测场景，金属以及玻璃等表面反光强烈的物体表面检测场景等；

      外观如下图所示，能够从穹顶系列光源衍生出拱形光源以及灯箱光源等；

本人使用的是海康机器人提供的光源，穹顶系列光源在海康机器人官网介绍如下链接：https://www.hikrobotics.com/machinevision/visionproduct?typeId=245&id=248

      特点：高密度LED灯阵列排布，表面是光学扩散材料，面光源发出的是均匀的扩散光，并且颜色组合以及尺寸等均可选，且可以定制；

      应用场景：零件尺寸测量场景、电子元器件外形检测、透明物体的划痕检测以及污点检测等；

     外观如下图所示

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       特点：大功率的LED灯珠设计，发光强度高；经常用于配合远心镜头使用；

       应用领域：经常用于微小元器件的检测场景，Mark点定位以及晶片、液晶玻璃底基矫正等应用场景；

      外观如下图所示，可以由点光源衍生出同轴平行光等；

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       特点：四周发光，通过导光板表面特殊的点状条纹设计控制光线的扩散和投射；

      应用场景：包装品上的字符识别应用场景，金属表面，曲面、凹凸面的外观检测和丝印字符检测应用场景，玻璃表面划痕、凹坑、平整度检测等应用场景；

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      特点：大功率高亮LED灯珠横向排布，特殊光学透镜设计，光带宽度与均匀度结合，亮度高，长度可以根据需求定制；

     应用场景：大幅面印刷品表面缺陷检测、大幅面尺寸精密测量、丝印检测等应用场景；可用于前向照明和背向照明等；

     外观如下图所示，可以由线扫光源衍生出同轴线扫光源以及聚光线光源等；

本人使用的是海康机器人提供的光源，线扫系列光源在海康机器人官网介绍如下链接：https://www.hikrobotics.com/machinevision/visionproduct?typeId=245&id=248

本文通过对于机器视觉光源的初步介绍，便于对机器视觉的光源的初步认识，后续我们再来学习和介绍相关打光方式和效果的展示！