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机器视觉如何选配视觉光源

作 者:康耐德智能 关注:182 发表时间:2019-10-14 10:55:02 来源:网络资源

机器视觉是自动化的一部分,是一门涉及人工智能、计算机科学、图像处理、模式识别等前沿技术的行业,综合电气、机械、光学、计算机软硬件等各方面的技术,把图像中的特征信息通过一定的算法提取出来,进行处理并加以理解,应用到实际工程中。因为目标信息包含在图像中,所以图像本身的质量对整个视觉系统而言就成为了关键所在。


例如对于尺寸测量,采取理想的打光方式,采集到的图像边缘清晰,特征明显,很容易提取到目标轮廓信息,可以使用简易快速的算法测量,得到结果。这对提高软件的稳定性与快速性有很大的帮助。但是每一种实际应用对图像质量的要求是不相同的,有时需要清晰的图像,有时反而模糊的图像对特征提取更理想。


初学者可能没有这样的感觉,但是对于***老手来说,看似简单容易的光学系统,其实是机器视觉系统的关键部分,往往关系到视觉系统的成败。打光的主要目标是选择合适的[视觉光源]以某种合适的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,降低后续软件算法的难度,提高软件的稳定性。


好的光学系统能够改善整个视觉系统的分辨率,简化软件的运算量,提高视觉系统的精度与稳定性;不合理的光学习太,容易引起很多问题:

1、曝光过度则隐藏许多重要特征信息。

2、阴影会引起边缘、位置的误检。

3、信噪比过低、均匀性不好,则导致图像阈值分割困难,系统稳定性下降等。


视觉项目中,如何才能选择到理想的打光方案呢?这个过程中,我们需要考虑很多方面的因素,比如光的方向、光源的大小、形状、安装空间要求,光的强度、偏振、光线均匀度、漫射光还是平行光、目标的背景等,使用光源的颜色、色温、目标大小、工作距离、发射角度、发光器件等也是需要考虑的因素。


从项目经验来看,针对不同的检测样品,通常需要采用不同的打光方式才能得到理想的图像,能凸显目标物特征。但也有某些样品使用多种不同类型的视觉光源都可以适用,能得到理想的图像特征。如小范围的字符识别,可能是条形光源、无影光源、环形光源、同轴光源等都可以适用。而有些样品,则可能只能有一种光源能适用,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重要的。



机器视觉系统的核心部分是图像采集和图像处理,图像本身的质量对整个视觉系统的影响极为关键。而照明光源则是决定整个机器视觉系统图像质量的重要因素,通过选择合适的光源,可以使图像中的目标特征与背景信息得到合理分离,从而大大降低图像处理的难度,提高系统的稳定性和可靠性。


在机器视觉系统中,光源的作用:

1、突出测量特征,简化图像处理算法。

2、克服环境光的干扰,提高图像信噪比。

3、提高视觉系统的定位、测量、识别精度,以及系统的运行速度。

4、降低系统设计的复杂度。


在机器视觉系统中,较为常见的视觉光源一般有高频荧光灯、光纤卤素灯、氙气灯、LED光源。而LED光源则较为常用,且在机器视觉光源领域占据主导地位,成为机器视觉系统集成光源的优质选择。具有特点:

1、发光效率高,耗电量小,使用寿命长,工作温度低。 

2、新火种照明的LED光源安全可靠性强。 

3、反应速度快,单元体积小,绿色环保。



LED光源优点:

1、结果设计灵活:

在机器视觉系统中,图像效果千差万别,其根本原因在于,对于不同的检测对象,要突显其被测特征,就会对光源的结构形状、发光角度、照度大小等产生特定的要求。LED光源由LED颗粒组合设计而成,在照明结构,照射范围、照射角度、照度大小、亮度控制等方面具有更大的结构设计自由度,可满足不同检测对象的实际需要。


2、多色选择

在机器视觉系统中,光源颜色的选择对于成像效果和质量的影响至关重要。对于具有不同光学属性和表面纹理的被测对象而言,选用不同颜色的光源,采集到的图像也会不同。


3、响应速度快

单个LED颗粒的响应时间为纳秒级,考虑LED光源的容性和感性,其响应速度一般也在10微秒以内。因此在需要光源快速点亮、快速通断或者快速切换的场合,具有其它光源无法比拟的优势。


4、寿命超长

LED光源在持续使用的情况下,一般在3万小时候才进入半衰期,而其寿命一般在10万小时以上,大大高于其它类型的光源。


5、可触发和频闪控制

LED本身属于电致发光的半导体材料,而且响应速度超快,可被用于融发点亮或频闪照明,以提高光源的利用效率或瞬间照明亮度。


6、综合成本低

LED光源具备发光效率高、寿命长、环境适应性强的特性,因此大大减少了其设备运行成本和维护成本,相对于卤素灯和荧光灯,其在性价比和综合成本方面具备更大的优势。



在视觉系统中,建立有效的打光思路,才能够快速评估判断产品能够通过哪种光源有效解决打光问题。根据被测物基本信息、安装条件等预判出哪种光源照射目标区域是亮或暗,能更好的实现软件算法。


所以在打光过程中光源要灵活的掌握方法,通过调整高度、角度,选取不同类型的光源多做尝试,以便获取高质量的图像。



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