第一章 工业机器视觉光源种类介绍
系列文章目錄
第一章 工業(yè)機(jī)器視覺(jué)光源種類、光源控制器介紹
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目錄
系列文章目錄
前言
一、機(jī)器視覺(jué)——光介紹
1、生活中不同光的來(lái)源
2、機(jī)器視覺(jué)中光的顏色介紹
3、可見(jiàn)光的三原色
二、機(jī)器視覺(jué)——光源種類介紹
1、環(huán)形光源
2、條形光源
3、同軸光源
4、圓頂光源（穹頂系列）
5、面光源
6、點(diǎn)光源
7、平面無(wú)影光源
8、線掃光源系列
總結(jié)
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前言
在機(jī)器視覺(jué)現(xiàn)場(chǎng)的使用中，打光方式的不同對(duì)于圖像檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)存在較大的區(qū)別，不同的光打到相同的目標(biāo)物體上，工業(yè)相機(jī)獲取到的圖像數(shù)據(jù)在檢測(cè)中也會(huì)有不同的表現(xiàn)，對(duì)于圖像的識(shí)別也有較大的影響；本系列文章通過(guò)對(duì)光源的介紹，實(shí)現(xiàn)在工業(yè)相機(jī)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的深入使用；
在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的使用中，圖像精度是比較重要的圖像質(zhì)量衡量標(biāo)準(zhǔn)，通常對(duì)于該項(xiàng)的影響有相機(jī)分辨率、鏡頭分辨率、以及光源的打光方式和打光時(shí)的對(duì)比度；? ?圖像的亮度主要取決于光源的亮度、鏡頭的光圈、工業(yè)相機(jī)的曝光時(shí)間以及增益、相機(jī)像元大小的影響，而光源的亮度主要取決于光源的輸出功率，輸出功率合適，對(duì)于相機(jī)性能的最大化發(fā)揮有至關(guān)重要的影響；? ?圖像對(duì)比度在圖像識(shí)別中至關(guān)重要，而光源的打光方式對(duì)于對(duì)比度的影響也是最為關(guān)鍵的；? ? 圖像內(nèi)特征的一致性（相機(jī)視野內(nèi)的均勻性）對(duì)于正常識(shí)別圖像也比較關(guān)鍵，比如圖像中間和邊緣的亮暗不同，一致性較差時(shí)識(shí)別起來(lái)難度較高，而大小合適的光源對(duì)于圖像內(nèi)特征一致性有很大的影響，所以選擇一個(gè)合適大小的光源對(duì)于視野內(nèi)的一致性具有至關(guān)重要的作用；? ?對(duì)于工業(yè)相機(jī)的重復(fù)拍攝特征穩(wěn)定性要求較高的場(chǎng)景，光源以及光源控制器的穩(wěn)定性，有著至關(guān)重要的作用，這種要求外界光源足夠穩(wěn)定的場(chǎng)景，光源的穩(wěn)定性起到了至關(guān)重要的作用；? ? ?
上面提到的這些對(duì)于工業(yè)相機(jī)圖像質(zhì)量以及場(chǎng)景的要求，都與光源息息相關(guān)，因而對(duì)于相機(jī)成像的效果，光源有著至關(guān)重要的影響，本次文章對(duì)于打光方式和如何選擇光源進(jìn)行了詳細(xì)描述，接下來(lái)讓我們共同了解下工業(yè)場(chǎng)景下光源的選擇吧！
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一、機(jī)器視覺(jué)——光介紹
1、生活中不同光的來(lái)源
在生活中，光主要來(lái)自于太陽(yáng)光，而太陽(yáng)光的輻射也是最為全面的，雖然太陽(yáng)光看起來(lái)是沒(méi)有顏色的，但是太陽(yáng)光的組合成分卻是最為復(fù)雜，即太陽(yáng)光是復(fù)合光線，接下來(lái)介紹下太陽(yáng)光的組合成分；
太陽(yáng)光主要分為兩部分：不可見(jiàn)光，可見(jiàn)光；
不可見(jiàn)光主要分為紅外區(qū)域的不可見(jiàn)光和紫外區(qū)域的不可見(jiàn)光：
可見(jiàn)光主要是波長(zhǎng)為 760nm~380nm? 的光，而這部分光可以通過(guò)對(duì)太陽(yáng)光使用三棱鏡色散獲取到；
在表現(xiàn)不同的可見(jiàn)光中，不同波長(zhǎng)的光線呈現(xiàn)不同的顏色，即波長(zhǎng)決定特定顏色的特征；
在日常生活中，太陽(yáng)光/白光包含多種顏色波段的光，而這種白光可以通過(guò)三棱鏡進(jìn)行分解，這些我們?cè)诔跫?jí)物理中即可了解到；
機(jī)器視覺(jué)光源主要用到的是可見(jiàn)光、部分紅外光、部分紫外光；
2、機(jī)器視覺(jué)中光的顏色介紹
（1）白色光：機(jī)器視覺(jué)中白色光分為冷、暖、中間色調(diào)顏色，通常在拍攝彩色圖像時(shí)使用此類光源效果較好，如果對(duì)于彩色圖像中某一部分有特殊需求，可以另做相關(guān)操作；
（2）藍(lán)光：三原色光中的其中一種，比較適用于銀色背景下的目標(biāo)物的打光；
（3）紅光：同屬于三原色光中的一種，可以透過(guò)一些比較暗的物體，也可以根據(jù)顏色的吸收等不同的方法，實(shí)現(xiàn)不同打光效果，突出檢測(cè)目標(biāo)的特征，并且紅色光源能夠提高對(duì)比度；
（4）綠光：主要針對(duì)于紅色背景、銀色背景，并且在 3C 應(yīng)用中，傳送帶多數(shù)為綠色；
（5）紅外光：屬于不可見(jiàn)光之一，透過(guò)力強(qiáng)，對(duì)于塑料穿透性好，可以將封裝好的金屬電路等內(nèi)部元件顯示出來(lái)，在此種應(yīng)用場(chǎng)景下，效果和 X 射線一樣好，且對(duì)于人體無(wú)傷害；
（6）紫外光：屬于不可見(jiàn)光之一，波長(zhǎng)較短，且穿透力強(qiáng)，主要應(yīng)用于證件檢測(cè)，觸摸屏 ITO 檢測(cè)，點(diǎn)膠溢膠檢測(cè)，金屬表面劃痕檢測(cè)等；
（7）X-ray 激光：波長(zhǎng)短，穿透性好，可以用于透視檢測(cè)、輪轂劃痕及裂紋檢測(cè)等；
3、可見(jiàn)光的三原色
光的三原色包括 R 、G 、B （紅、綠、藍(lán)）三種顏色的光，生活中以及工業(yè)視覺(jué)中不同顏色的光均可以通過(guò)以上三種光進(jìn)行合成；
如下：
紅 + 綠 = 黃
紅 + 藍(lán) = 青
紅 + 綠 + 藍(lán) = 白
且紅、綠、藍(lán)三種顏色均不能被再次分解，適用這三種顏色基本可以形成所有的顏色；
如下示例圖像所示的加色規(guī)律：
根據(jù)光的顏色以及光的冷暖，可以將不同顏色形成一個(gè)色環(huán)，如下圖所示，相鄰的顏色是相似色，相對(duì)顏色是相對(duì)色；
二、機(jī)器視覺(jué)——光源種類介紹
不同種類的光源一般形狀上有所差別，本節(jié)將通過(guò)不同形狀的光源進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹相關(guān)光源；
1、環(huán)形光源
? ? ? ? 特點(diǎn)：360度照射無(wú)死角，照射角度、顏色組合設(shè)計(jì)靈活；能夠突出物體的三維信息；
? ? ? ? 應(yīng)用場(chǎng)景：PCB 基板檢測(cè)、 IC 元件檢測(cè)、電子元件檢測(cè)、集成電路字符檢測(cè)、通用外觀檢測(cè)等機(jī)器視覺(jué)場(chǎng)景應(yīng)用；
外觀如下圖所示，通過(guò)環(huán)形光源衍生出了弧形光源、高亮環(huán)形光源、環(huán)形無(wú)影光源等；
本人使用的是海康機(jī)器人提供的光源，環(huán)形光源在海康機(jī)器人官網(wǎng)介紹如下鏈接：https://www.hikrobotics.com/machinevision/visionproduct?typeId=245&id=248
2、條形光源
? ? ? ? 特點(diǎn)：發(fā)光面尺寸，顏色組合設(shè)計(jì)靈活；照射角度以及安裝角度可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況隨意調(diào)整；條形光纖具有一定的指向性，光源漫射板可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求拆除或者自行安裝，且多個(gè)條光能夠組合使用，條光組合或者單個(gè)條光是較大方形結(jié)構(gòu)被測(cè)物打光的首選；
? ? ? ?應(yīng)用場(chǎng)景：金屬表面檢測(cè)、各種字符讀取檢測(cè)、圖像掃描、LCD 面板檢測(cè)等
外觀如下圖所示，能夠從條形光源中衍生出高亮條光、高均勻條光、集成高亮條光等；
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3、同軸光源
? ? ? ? 特點(diǎn)：可以消除被測(cè)物表面不平整引起的陰影；并且通過(guò)分光鏡的設(shè)計(jì)，能夠提高成像的清晰度；
? ? ? ? 應(yīng)用場(chǎng)景：光滑表面劃傷檢測(cè)、芯片以及硅晶片破損檢測(cè)、Mark點(diǎn)定位、條碼識(shí)別等場(chǎng)景；
? ? ? ??外觀如下圖所示，能夠從同軸光源中衍生出轉(zhuǎn)角同軸光源和飛拍同軸光源等；
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4、圓頂光源（穹頂系列）
? ? ? 特點(diǎn)：半球結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，空間360度漫反射，光線打到被拍攝物上很均勻；
? ? ? 應(yīng)用場(chǎng)景：曲面、弧形表面的檢測(cè)場(chǎng)景，表面存在凹凸的檢測(cè)場(chǎng)景，金屬以及玻璃等表面反光強(qiáng)烈的物體表面檢測(cè)場(chǎng)景等；
? ? ??外觀如下圖所示，能夠從穹頂系列光源衍生出拱形光源以及燈箱光源等；
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5、面光源
? ? ? 特點(diǎn)：高密度LED燈陣列排布，表面是光學(xué)擴(kuò)散材料，面光源發(fā)出的是均勻的擴(kuò)散光，并且顏色組合以及尺寸等均可選，且可以定制；
? ? ? 應(yīng)用場(chǎng)景：零件尺寸測(cè)量場(chǎng)景、電子元器件外形檢測(cè)、透明物體的劃痕檢測(cè)以及污點(diǎn)檢測(cè)等；
? ? ?外觀如下圖所示
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6、點(diǎn)光源
? ? ? ?特點(diǎn)：大功率的LED燈珠設(shè)計(jì)，發(fā)光強(qiáng)度高；經(jīng)常用于配合遠(yuǎn)心鏡頭使用；
? ? ? ?應(yīng)用領(lǐng)域：經(jīng)常用于微小元器件的檢測(cè)場(chǎng)景，Mark點(diǎn)定位以及晶片、液晶玻璃底基矯正等應(yīng)用場(chǎng)景；
? ? ? 外觀如下圖所示，可以由點(diǎn)光源衍生出同軸平行光等；
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7、平面無(wú)影光源
? ? ? ?特點(diǎn)：四周發(fā)光，通過(guò)導(dǎo)光板表面特殊的點(diǎn)狀條紋設(shè)計(jì)控制光線的擴(kuò)散和投射；
? ? ? 應(yīng)用場(chǎng)景：包裝品上的字符識(shí)別應(yīng)用場(chǎng)景，金屬表面，曲面、凹凸面的外觀檢測(cè)和絲印字符檢測(cè)應(yīng)用場(chǎng)景，玻璃表面劃痕、凹坑、平整度檢測(cè)等應(yīng)用場(chǎng)景；
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8、線掃光源系列
? ? ? 特點(diǎn)：大功率高亮LED燈珠橫向排布，特殊光學(xué)透鏡設(shè)計(jì)，光帶寬度與均勻度結(jié)合，亮度高，長(zhǎng)度可以根據(jù)需求定制；
? ? ?應(yīng)用場(chǎng)景：大幅面印刷品表面缺陷檢測(cè)、大幅面尺寸精密測(cè)量、絲印檢測(cè)等應(yīng)用場(chǎng)景；可用于前向照明和背向照明等；
? ? ?外觀如下圖所示，可以由線掃光源衍生出同軸線掃光源以及聚光線光源等；
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總結(jié)
本文通過(guò)對(duì)于機(jī)器視覺(jué)光源的初步介紹，便于對(duì)機(jī)器視覺(jué)的光源的初步認(rèn)識(shí)，后續(xù)我們?cè)賮?lái)學(xué)習(xí)和介紹相關(guān)打光方式和效果的展示！
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的第一章 工业机器视觉光源种类介绍的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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