机器视觉应用如何选择适当的光源 2

第二种光明技术是直接正面照明。通常情况下，光线从一个稍微偏离中心的角度照射出来。这样的光源很容易设置，它 可以创建卓越的对比度，但也可能会创建阴影和产生眩光，这 取决于待检验元件的表面。

如果图像存在对比度低的问题，创建阴影可能是需要的，以提升对比度。并且，直接照明可用于通过频闪冻结移动。关于移动光源的效果示例，请考虑下面的图像。

如果需要最大限度地减少阴影，可以采用一个以上的直接照明装置。出于这个目的，一些系统采用环形灯，其可以完全 包围待检查的元件。

另一种照明技术是结构化照明。结构化照明利用已知的光 线图案（通常是产生一条线的光线平面），其用于获取尺寸信息。通常情况下使用高度准直的光源，如激光或光纤线性光源 等。

这种技术提供价格低廉的方式来测量连续表面的深度和高度，通常在光源或表面移动的情况下使用。另外，它还可以显示对比度低的元件上的表面细节。

用户应当确保待测量的元件不会吸收光线，这是因为为了确保待测量元件上的照明效果，需要将光线反射出去。线性光源从完全平坦和不连续的表面反射出去的效果。

轴上散射照明（“DOAL”）允许光线直接照亮与相机位于同一条线上的元件，光源不会阻碍相机采集图像。这可以使用 50%镀银的反射镜将光线直接反射到元件上来实现。相机通过反射镜寻找元件，以采集被照亮元件的图像。

轴上散射照明应用包括检测光亮、平坦表面上的缺陷，或者检验小孔洞内部。由于DOAL光源穿过镀银反射镜后损失了强 度，因此，建议采用额外的光源来提高照度或物品上光线的一致性。

本文要介绍的最后一种照明技术是离轴漫射照明，也称为“阴天照明”或“穹顶照明”。采用这种技术时，光线不是直接反射到元件上，而是首先反射到一个漫反射面上，然后“ 回弹”到元件上。

离轴漫射照明技术会消除阴影，就好像我们在阴天查看东西一样。同时，它还避免产生元件检验应用中可能引起问题的热斑或眩光。当采用穹顶照明时，如果相机通过反射器圆顶中的一个孔来采集图像，图像中央可能会有一个盲区。因此，当使用反射器时，添加一个DOAL光源可能有利于填补该盲区。

对于空间受限的应用，平顶灯适用于放置在相机与元件之间，其可以产生类似于弧形顶灯的效果。

始终开启或频闪

在机器视觉应用中，光源是始终开启或频闪的。通过光线频闪，我们可以增加光线强度，并且光源可以保持更长的使用 寿命，更有用的一项功能是阻止移动。但频闪需要加以控制。

这个时机必须与图像采集精确协调，否则，图像强度将会有所不同。另外，在使用频闪照明时，还需要考虑人为因素。闪烁的灯光可能导致操作员癫痫发作或头痛。

设计机器视觉系统时，非常重要的一点是，需要考虑机器待安装区域内环境光线的影响。用于照亮元件的光线必须 足够明亮，能够覆盖掉任何照射在元件上的环境光线，以确保检验系统的特殊照明能够实现预期的效果。

环境光线可能 导致元件上出现额外的眩光。另外，环境光线还可能出现变 化，这取决于操作员可能站立的位置、一天中的时间、天气 和一年中的季节。当您为检验系统选择光源以及设计机器的安装布局时，所有这些问题都需要考虑到。

光源

卤素灯是一种类型的光源，适用于需要非常明亮光线的应用，许多新型汽车前灯都是卤素灯，但这种光源也存在局限 性，事实上，它们无法提供频闪功能，运行一段时间后会变得 非常热，并且随着时间的推移，它们会损失一些强度。

如果您 将这种类型的光源用于一个检验应用，以最大功率的80%运行 有利于延长使用寿命，并保持电压稳定，以避免颜色变化。如 果您的应用对其产生的卤素热量敏感的话，使用光纤光学元 件，可以将灯具安装在距离元件较远的位置。

白炽灯是另一种类型的光源。这类灯泡价格低廉，并且很容易买到，但它们无法提供频闪功能，容易产生热量，并且随着时间的推移，它们会略微损失一些强度。

荧光灯光源价格相对便宜，市场上提供许多形状和尺寸选择。这类光源提供漫射光线，最大程度地减少了眩光，局限性包括无法提供频闪功能，随着时间的推移，质量会下降，并且难以调节光线强度。

由于交流电源频率的原因，荧光灯还会出现闪烁，这可能会影响视觉检验应用的图像质量。使用高频镇流器可以帮助减少闪烁量，但不能完全消除。

光是一种高度准直的光源，具有高强度，从而可以将它们安装在距离待检验物品一定距离的位置。目前有一种特殊类型的激光，称为“二极管激光”，可以提供频闪功能。

激光通常用于进行距离测量，有时还进行三维测量，但无法进行高精度测量。激光传统上非常昂贵，并且需要采取特殊的安全预防措施，因为它们可能带来潜在的安全隐患。如果您的应用需要这种光源，光纤光学元件可以提供更安全的准直光源选择。

许多较旧的频闪系统采用氙气灯。氙气适合提供频闪功能，因为它能够在很短的时间内提供非常高的强度，从而产生 移动停止的印象。但随着时间的推移，氙气频闪的强度会降低，目前市场上很少使用氙气光源。

一个更好的替代方案是使用二极发光管（LED）。这类光源是当前机器视觉应用中最常见的光源。它们具有非常长的使用寿命，超过10000小时，并且提供频闪功能，还可以连续开启，不会产生热量。

同时，LED使用起来非常安全、高效，您可以在市场上找到几乎任何颜色或特定波长的LED光源。虽然早期的 LED光源亮度有限，但现代的LED可以非常明亮（考虑一下有多少新型汽车正在使用LED外部照明）。

下面的图表比较了不同的光源替代方案，以了解它们对于不同应用的适用性。

集成光源

机器视觉用户可以选择购买含有集成光源的系统。集成光源简化了设置，并突出显示特殊的元件或特征，无需购买、安装和供电额外的光源。一些配有集成光源的视觉系统还提供使用软件控制强度和光线频闪的额外益处，无需额外的设备。由于无需外部光源和电源，配有集成光源的系统更容易在生产线上难以到达的空间内安装和使用。同时，集成光源还更加经济实惠。

总结

市场上有许多光源选项，也有许多不同的视觉系统构建和定向方式。选择适当的光源可以使机器的生产率产生显著的变化。规划一套新的自动化检验系统时，首先要做的是了解待检验的元件——通过检验元件，需要了解元件的哪些方 面。比如表面处理、颜色等。

同样重要的是了解生产环境。然后，审查不同光源的优点和缺点。选择适当的光源后，下 一个决定是如何定位光源，以确保最大的有效性。通过适当 的光源组合以及光源相对于元件的安装方式，相机可以根据 需要忽略或强调元件特征，以确保生成清晰、一致的图像， 从而满足应用的检验需求。机器视觉专家可以帮助您确定最 佳光源和光源定位选择，以满足您的特定应用需求。