光源在视觉中的作用及选型指导

1、视觉系统技术指南掌握最新的应用技术基本原理卷 光源介绍您是否对图像处理感兴趣？您是否想过自动控制生产线上的视觉检测？您是否曾考虑使用视觉传感器，但由于使用困难而放弃？如果您对其中任何一个问题表示肯定，则本指南将提供针对工厂自动化的专业图像处理解决方案。 辅辅助配件的助配件的运运用用 光源控制器的选用光源控制器的选用机器视觉基础 图像处理的定义采用CCD照相机将摄取目标转换成图 像信号，传送给专用的图像处理系统，根 据像素分布和亮度，颜色等信息，转变成 数字化信号； 图像系统对这些信号进行各种运算来 抽取目标的特征，如：面积、长度、数量、 位置等最后，根据预设的容许度和其他条件输 出结果，如：尺

2、寸、角度、偏移量、个数、 合格/不合格、有/无等。 图像处理的基本流程处理特征抽取区分输出工件光源相机处理器镜头机器视觉基础为什么一定要用专用的照明呢？使用图像检测进行检查的时候、已经有阳光和工厂的照明、为什么一定要用专用的照明呢？为了使得图像的对比度良好为了一直保持恒定的照度为了得到稳定的图像为了突出对象物的特征尽量减少房顶照明等干扰光的影响干扰光晴天阴天干扰光工厂房顶的电灯AC电源的不稳定遮挡干扰光的装置(必要时要加上）一一般般AC电源是电源是50,60Hz的的、照明、照明的亮度肯定要变化的亮度肯定要变化光源基础知识为什么一定要用专用的光源控制器呢？ 做机器视觉，一定会涉及到光源，它在机器

3、视觉中有重要的作用，直接影响到图像的质量，进而影响到系统的性能。 所以我们说光源起到的作用：就是获得对比鲜明的图就是获得对比鲜明的图像。像。图像的质量好坏，也就是看图像边缘是否锐利,具体来说： 1、将感兴趣部分和其他部分的灰度值差异加大 2、尽量消除不感兴趣部分 3、提高信噪比，利于图像处理 4、减少因材质、照射角度对成像的影响光源基础知识为什么一定要用专用的照明呢？ 总结关于关于照明方法照明方法 为了能够实现稳定的图像检查、拍摄到适合于检查的图像是必不可少的。基本想法是前面提到的、为了对象物的检查部分和周围部分实现尽可能大的对比度、找出最适当的照明方法是很重要的。 照明方法分以下几种。基本上

4、只有透过光照明，反射光照明两种。照明具体方法光的特长透过光透过光照明照明从对象物的背面照射，利用对象物的影子。照相机和照明分别放在对象物的两侧。透过光是照明的光直接进入照相机的直接光，所以非常亮。反射光照明反射光照明照射对象物的表面，利用对象物的反射光。照相机和照明放在对象物的同一侧。对象物表面将照明的光反射进入照相机。正反射时因为是直接光，所以非常亮、扩散反射时因为是扩散光，所以逼正反射暗。间接间接照明照明不直接照射对象物，而是利用照射扩散反射板的光。因为照射扩散发射板、所以可以得到均匀的扩散光。复合复合照明照明透过光和反射光结合使用的方法。光源基础知识照明方法透过光反射光R1（正反射）R2

5、（扩散反射）R3（正反射扩散反射）要点利用影子进行检查，测量时对比度不好，要取得对象物光泽时对比度很好，要避免对象物的光泽时照明放置高的话得到正反射光、放置低的话得到扩散反射光使用例基本位置可以分为以下4种模式。（以基本位置为基础，找到适合检查对象的照明装置、照明的距离角度、照明数量等。）IC的1号管脚标志光源基础知识照明的基本位置照明照明照明照明2HD透明管脚外径金属垫圈的外径，内径铝板孔的个数测量1mg塑料包装的盒表面文字读取500日元硬币（图像变化）装入盒子的磁盘照明对象物照相机透过光照明也叫背光。主要使用扩散光的平面照明、最近也使用同轴平行光的照明。u 从対象物的背面照射，捕捉透过像（

6、影）、对象物和背景的边缘清晰展现。u拍摄到的图像对比度很好、可进行稳定的高精度的检查、适用于对象物的轮廓形状检查、测量尺寸的照明方法。特特长长薬味薬味薬味薬味薬味薬味薬味薬味缺陷IC连切轮廓形状检查宽度检测塑料瓶盖尺寸检测尺寸检测其他液量检查食品包装破损检查光源基础知识照明的基本位置透过光照明u 扩散光能够呈现有透过性对象物的内部构造。u 不能检查对象物的表面。u 使用同轴平行光能够清楚呈现透明对象物的形状、边缘。u 有光泽的对象物容易受到干扰光的影响，所以必须注意去除干扰光。u使用扩散光照明时、要注意光的光的边缘干扰。u 对象物反面安装照明装置、也有因为检查位置的限制（没有安装位置等）、不能

7、应用的情况。 透明塑料的棒状对象物同轴平行光扩散光使用扩散光对象物使用扩散光对象物透过透过、 、边缘对比度边缘对比度也降低也降低。 。条条件件图像图像比实际小比实际小对策1：照明和对象物分离图像对策2：减小发光面光源基础知识照明的基本位置透过光照明因为图像的对比度不好、利用对象物的光泽差或者凹凸取得图像时、或者想取得对象物的光泽时使用。正反射光容易设置、因为照相机是倾斜的，图像也是歪的（矩形会变为梯形）。照明对象物照相机平板照明的图像平板照明的图像例例象上图圆形照明那样，在对象物的高处设置，容易得到正反射光。 设置简单、发光部被拍摄或者照明不均匀、 光泽强的对象物（金属等）也有可能不能适用。使

8、用正反射照明 的同轴落射照明（使用半透镜面照明的光轴和照相机的光轴一致、可以拍摄到对象物表面的正反射光。） 照明很均匀、可以均匀拍摄到光泽很强的对象物、照明稍贵。 照明对象物照相机圆形圆形照明照明的图像的图像例例同同轴轴落落射射照明照明的图像的图像例例对象物LED照明照相机半透镜光源基础知识照明的基本位置反射光照明正反射IC的标志检测圆筒形对象物的伤痕使用正反射的检查例特特长长u 正反射是利用对象物的反射率反射率不同的照明方法。u 即使是对比度不好的图像利用正反射部分、也可能使得对比度变大。u 入射角和反射角不匹配时、不能很好地拍摄正反射光。u 有可能反射光里会出现光源的形状、需要同时使用偏光

9、滤镜。条条件件光源基础知识照明的基本位置反射光照明正反射模型部：黒色、无光泽模型部和1号管脚标志看起来都是黑色、图像的对比度很不好、很好利用反射率反射率的不同，使用正反射照明。例例1号管脚标志：黒色、有光泽平板照明照相机模型部黑色1号管脚标志白色注：正反射照明相对于对象物入射角和反射角必须一样、所以必须正确设置。请确认拍摄的图像。1号管脚标志可以使用正反射拍摄的1号管脚标志不可以使用正反射拍摄的反射角入射角LED照明光源基础知识照明的基本位置反射光照明正反射 IC的极性检查的极性检查1 IC的极性检查的极性检查 例例这次用圆形照明从正上方拍摄刚才的IC。调节圆形照明的高度、用正反射拍摄号管脚标

10、志的部分。照明对象物照相机模型部：黒色、无光泽1号管脚标志：黒色、有光泽把照明尽可能与对象物分离的例把照明放在离对象物比较近的地方的例圆形照明高的时候、可以拍摄左边照片的号管脚标志的正反射、降低高度的话，照相机不能取得正反射成分、反印刷的文字可以很清楚地看见（因为扩散反射）。请确认位置的高度。模型部黑色1号管脚标志白色LED照明AULKR-70A光源基础知识照明的基本位置反射光照明正反射特特长长u 扩散反射是利用对象物的扩散率的照明方法。u 对比度好的时候要充分捕捉扩散反射光。u 和正反射相比扩散反射的反射光少、特别是用高速照相机拍摄移动的物体时，要注意光线不足。条条件件扩散反射例子光源体（L

11、ED）用扩散反射拍摄圆柱对象物时想保持对象物的亮度均匀时不想出现影子时照明对象物照相机斜光照明斜光照明照明圆顶圆顶照明照明照明对象物照相机圆柱对象物的图像圆柱对象物的图像例例对象物光源基础知识照明的基本位置反射光照明扩散反射照明对象物照相机反射光反射光和透过和透过光光的组合的组合例例照明用单一的照明不能得到对比度高的检查图像、为了达到目的必须要使用不同照明方法的组合。照明 使用照明的组合的时候，相互不要干扰、适当调节亮度，照明方向非常重要。象左图那样透过光和反射光同时使用，并且适当设置、对象物的轮廓和表面状态部分可以同时进行检查。例例光源基础知识照明的基本位置反射光照明复合应用 卤素灯也叫光纤

12、光源，因为光线是通过光纤传输的，适合小范围的高亮度照明。它真正发光的是卤素灯炮，功率很大，可达100多瓦。高亮度卤素灯炮，通过光学反射和一个专门的透镜系统，进一步聚焦提高光源亮度。卤素灯还有一个名字叫冷光源，因为通过光纤传输之后，出光的这一头是不热的。适合对环境温度比较敏感的场合，比如二次元量测仪的照明。但它的缺点就是卤素灯炮寿命只有2000小时左右。 光源的分类卤素灯 高频荧光灯，发光原理和日光灯类似，只是灯管是工业级产品，并且采用高频电源，也就是光源闪烁的频率远高于相机采集图象的频率，消除图像的闪烁。适合大面积照明，亮度高，且成本较低。但需要隔一定时间换灯管一定要进口的才过关，国内的高频做

13、的不行，老有闪烁，国外最快可做到60KHz。光源的分类高频荧光灯相对来说，目前LED光源最常用。主要有如下几个特点：1、使用寿命长，10000-30000小时。2、由于LED光源是采用多颗LED排列而成，可以设计成复杂的结构， 实现不同的光源照射角度。 3、 有多种颜色可选，包括红、绿、蓝、白，还有红外、紫外。针对不 同检测物体的表面特征和材质，选用不同颜色，也就是不同波长的光源，达到理想效果。光源的分类LED光源 发光二极管（LED）是一种能把电能转化为光能的固体器件，它的结构主要由PN结芯片、电极和光学系统等组成。LED的基本的工作原理是一个电光转换过程，当一个正向偏压施加于PN结两端，由

14、于PN结势垒的降低，P区的正电荷将向N区扩散，N区的电子也向P区扩散，同时在两个区域形成非平衡电荷的积累。由于电流注入产生的少数载流子是不稳定的，对于PN结系统，注入到价带中的非平衡空穴要与导带中的电子复合，其中多余的能量将以光的形式向外辐射，电子和空穴的能量差越大，产生的光子的能量就越高。能量级差大小不同，产生光的频率和波长就不同，相应的光的颜色就不同。LED工作原理模拟同轴落射照明MSCL 直接環狀照明MDRL直接環狀照明- 其他選擇MDRL-NS 高亮度LED照明(0.70A)MCEP-C*8-070同轴照明 (0.03A/0.04A)MCEL高亮度LED点照明(0.35A)MCEP-C

15、*8 同轴照明(0.12A/0.15A)MCEC-C*8低角度环状照明 MLRL无阴影照明 MSRL / MSLL / MSQL光源种类线光源MLNX-DF 芯片式线光源MBRC线光源MLNL拱形碗狀照明 MDML 條形方式/線形方式照明 MBRL方形倾斜照明 MDQL平行照明 MCBP陣列方式背光照明MDBC/MDBL边缘方式背景照明MEBL光源种类全色照明RGB系列MEBL-CRGB25-3CHIR LED照明MDR/MBR/MDQ CIRUV LED照明MDR/MBR/MDQ CUV高亮度集光照明MSPP 电源 MLEK 选配件 MORITEX 光源种类 直射环形(垂直照射) LED照明

16、方式 特性特性: 高亮度LED紧密排列产生360度无阴影照明 标准形式照明,适用于广泛的应用范畴 能够选择适配moritex镜头的型号主要应用领域：主要应用领域：底基及印刷板的定位,晶片部件的检查。液晶校正,塑胶容器检查。标签检查，管脚，集成电路印字检查及类似用途。例例 保险丝文字检测 直射环形光源 低角度环形LED照明方式特性特性: 从低角度为反光物体提供360度无反光照明,适用于轻微不平坦的表面及破痕 MLRL-CR(G,B,W)46提供情报0度的照明角度,可突出边缘轮廓及高度变化主要应用领域：主要应用领域：BGA焊球位置,形状及面积检查镭射印字阅读检查晶片或玻璃底基上的破痕及污垢边缘抽取

17、检查例例IC道线板条检查读取刻印型号 低角度环形光源LED照明方式特性特性:在闪亮物体上产生柔和，均匀，漫射的照明效果。最适宜用于防止晕状效果。主要应用领域：主要应用领域：集成电路印字检查，基板元件检查罩盖侧边及内部表面上的污垢检查晶片外观检查焊点检查，连接器间距检查 BGA及QFP等检查例例 无阴影光源 MSLL系列 无阴影光源LED照明方式特性特性:在闪亮物体上产生柔和，均匀，漫射的照明效果。最适宜用于防止晕状效果。无阴影，低角度方形方式最理想用于方形物体，例如BGA及QFP。主要应用领域：主要应用领域：集成电路印字检查，基板元件检查罩盖侧边及内部表面上的污垢检查晶片外观检查焊点检查，连接

18、器间距检查 BGA及QFP等检查例例 无阴影光源 MSQL系列 无阴影光源 无阴影光源 MLRL系列 LED照明方式特性特性:在闪亮物体上产生柔和，均匀，漫射的照明效果。最适宜用于防止晕状效果。主要应用领域：主要应用领域：集成电路印字检查，基板元件检查罩盖侧边及内部表面上的污垢检查晶片外观检查焊点检查，连接器间距检查 BGA及QFP等检查例例 无阴影光源 条形光源，有两个应用。一个是宽幅检测，2个或4个条形组合使用，另一个是线扫描的照明。 条形灯组合使用，它的最大特点是每个方向的光源照射角度可调，因为光源的照射角度对我们最终的图象效果有很大影响。灵活性比较大，但调试时也相对费事一些。 LED照

19、明方式 条形光源 MBRL系列 条形光源 MLNL系列 条形光源MBRL 从任何角度提供配合物体的倾斜照明,在条形结构中具有高度的分布。 LED缺陷检查多种形状辨认加工制成品裂缝检查电子零件的形状辨认及尺寸量度替换直管式萤光灯MLNL 非常适合线形方式光源或1维线性CCD相机照明的要求。 1维线性CCD相机的照明光源检查玻璃底基上的破痕连接器针脚弯曲变形检测等接插件顶端排列检査印字検査例例例例LED照明方式 条形光源 MBRL系列 条形光源 MLNL系列 条形光源背面照明 背光的作用就是让透光和不透光的部分，区分开来：透光的地方呈白色，不透光呈黑色。这样取得一个黑白对比的图片。 在背光的选型上

20、面，一个就是需要均匀性好，第二个就是看穿透力。如果需要穿透力强的话就可以选，红外光。 因为波长长穿透力更强 。LED照明方式 背光源 MDBL/MDBC/MEBL系列 背光源MDBL 通过把灯泡式LCD设于紧贴发光面下的位置，提供较边缘方式背光照明更高的光亮度。 MDBC 设计纤巧的晶片嵌置式，大幅节省空间。 导线框架检查电子零件外观检查为GFP，QSP及SOP提供导线弯曲检查利用MORITEX独有的光源导向漫射板，提供平均的照明光源。 设计纤巧精巧，大幅节省空间。啤酒瓶底异物检査检查邮票外形和印刷质量例例例例LED照明方式 背光源 MDBL/MDBC系列 背光源 MEBL系列 检查明净胶片上

21、的污点不同轮廓观察 背光源 同轴灯主要用于检测反光程度很厉害的平面物体，比如玻璃。 它的特点是：里面有一块45度安装的半透半反玻璃。LED发出的光线，先通过全反射垂直照到被测物体，从被测物体上反射的光线垂直向上穿过半透半反玻璃，进入摄像头。这样就既消除了反光，又避免了图象中产生摄像头的倒影。 LED照明方式 但是有一点提醒一下，同轴灯可以消除反光，但只适合检测平面的物体，而不适合检测有弧度的物体。因为同轴灯让CCD只能接受到和物体垂直，也就是和镜头同轴的光线，所以就叫同轴灯。 当然同轴灯还有一种，就是点光源。因为点光源是和同轴镜头配合使用。事实上，只是把上面同轴灯45度半透半反的玻璃，移植到镜

22、头里面去了。所以这时选的是同轴镜头。 模拟同轴光源 MSCL系列 同轴光源 MCEL系列 同轴光源同轴光源配合使用的镜头同轴方式 体积小巧，为MML系列而设，最宜用于反射度极高的物体。模拟同轴方式 为远心的MML镜头及其他没有同轴落射发光功能的镜头产生模拟平行同轴照明光源。为反射度极高的表面，例如：晶片，金属表面，胶片，液晶及玻璃等，提供对位及表面检查。印刷板的图形检查。LED照明方式 同轴光源例例例例LCD字符检检査LCD晶片定位 拱形碗状光源也叫Dome灯，也算漫反射的一种，但它是通过半球型的内壁多次反射，可以完全消除阴影。主要用于检测球型或曲面物体。 LED照明方式 拱形碗状光源特性特性

23、:从圆顶较低部分360度发光，利用碗状内壁反射光线，在物体表面得到均匀的照明。半圆形的顶部有一个仿同轴照明，底部有一个低角度环状照射，适合各种照射需要。增加低成本仿圆盖照明，代替大体积及昂贵圆盖照明系列。主要应用领域：主要应用领域：检查铝罐底部的印刷弧形金属及类似表面例例检査珈琲豆的包装文字 拱形碗状光源 MDML系列 LED照明方式 其它光源 之前有讲过，一个LED光源是由许多单个LED发光二极管组合而成的，因而比其他光源可做成更多的形状，更容易针对用户的情况，设计光源的形状和尺寸。以下是一些其它形状的光源。 光源的颜色选型： 一般有红、绿、蓝、白、红外。其中红色用得最多，因为红色LED成本

24、低，并且黑白CCD 芯片对660nm光线最敏感。蓝色适合检测物体表面质量，因为波长短。当然，紫外的散射性更好，因为波长更短。而白色是中性颜色，适合拍彩色图片，或着被测物体的颜色在变化的。绿色的亮度很高，且波长和蓝色接近，所以有时可用绿色代替蓝色。红外用于半透明等的物体检测 波长越长，穿透力越强；波长越短，扩散性越好。 LED颜色选型 颜色选型辅助配件的运用安装在镜头及照明光源上配合使用，消除映影光。没有用偏光板的场合例例使用偏光板的场合偏光板原理例例辅助配件的运用加装在直接照明光源上，防止不均匀光班和映影光。当漫射或偏光板附加于圆环光源的时候。作用在将漫射光转化为接近平行光线。光源控制器的选用

25、数字控制：MLEK-A080W1LRD MLEK-A080W2LRD模拟控制： MLEK-A080W1LR MLEK-A230W2LR型号区别为是否带D0.17A0.80.80.17A2.3电流大小 通道数量LED颜色选型 小结选择照明为何重要?右图显示如何检验印刷在铝制容器上的图像。图像1系使用环形照明获得，而图像2则系使用圆顶照明获得。正如您所见，这些图像清楚地表明了照明对印刷检验有重大影响。简单的反射光穹顶照明漫反射干扰对印刷字符的识别背景上没有阴影，印刷字符清晰可见选择照明的三个步骤1 确定照明类型（镜面反射/漫反射/透射光）。确认检验特征（瑕疵、形状、存在/不存在等）。检查表面是否平

26、整、翘曲或不平。2 确定照明装置的形状与大小。检查目标的尺寸与安装条件。示例：环形、低角度、同轴、圆顶。3 确定照明的颜色（波长）检查目标与背景的材质和颜色。示例：红、白、蓝。典型照明装置（LED照明）的形状虽然上述三个步骤有助于缩小选择范围，但要作出最终决定，还要根据照相机获取并投影到显示器上的图像。选择照明的逻辑步骤照明选择：步骤1（镜面反射、漫反射、透射光）LED照明大体可分为以下三种类型：1 直接反射型：光线照射到目标上，镜头接收到直接反射的光线。2 漫反射型：光线照射到目标上，镜头接收到均匀的环境光线。3 透射光型：光线照射到目标上，镜头接收到透射剪影。直接反射漫反射入射光漫透射光透

27、射光直接反射的图像示例检验金属表面上是否存在刻字刻字不清楚刻字很清楚。有必要反映出平整金属表面与刻字凹陷之间的差异。由于金属表面能很好的反射光线，而刻字则不能，因此，最优方法是使用直接反射来凸显表面与刻字之间的差异。选择照明的逻辑步骤漫反射的图像示例透过透明薄膜检验芯片上的印刷图案照明在薄膜表面上发生反射。图像不受薄膜的影响。有必要通过消除透明薄膜上的反射（晕光）来反映出芯片表面与印刷图案之间的差异。最优方法是使用漫反射来防止在透明胶带上发生直接反射。透射光的图像示例检验非织造织物上的异物照明在薄膜表面上发生反射。异物的剪影清晰可辨。有必要反映出目标表面与异物之间的差异，但由于在颜色上只有细微

28、的差别，这很难辨别。即便使用反射光检测不到任何差异，通过使用透射光从目标背面照射，也可以显示出异物的黑色剪影。选择照明的逻辑步骤照明选择：步骤2（照明方法与形状）镜面照明的图像示例在玻璃板边缘上检测简单的反射光根据工件特征与检测细节选择照明1) 照明在玻璃表面上发生反射。2) 有必要凸显玻璃板与背景之间的差异。3) 最好沿垂直于工件的方向进行照明。4) 在工件上可以加一块隔板。最佳的选择是同轴垂直照明。同轴垂直照明可以均匀照亮整个玻璃表面漫反射的检测示例检验橡胶包装中的碎片简单的反射光外围上的碎片无法识别。根据工件特征与检测细节选择照明1) 工件是不反射镜面光线的黑色橡胶。2) 存在碎片的区域也是黑色的，因而不反射镜面光。