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      影像視覺集成之---光源的設計和選型
      1. [日期:2017-07-26 查看次數:3606]

      本文轉自網絡,由源興光學整理編輯

      光源選型時打光的指導方法:

      光線太暗或太亮會影響視覺系統。

      光線的主要功能是產生光學信號。

      減少噪聲是照明要解決的主要問題之一。

      只有來自目標并到達鏡頭的光線才是有效的光線。

      進入鏡頭但非來自目標的光線為雜散光,它將降低圖像攝取裝置的成像質量。

      來自目標的任意光線都應填滿鏡頭的入瞳。

       

      市場上各種機器影像視覺光源越來越多,如何選擇一款適合項目需求的光源產品,是擺在很多應用工程師面前的一個難題。這個問題本身很難總結出一個千篇一律的結論,我們這里只是提出一些需要加以注意的地方供大家參考。

       

      光源設計

      主要包括光源設計的是否合理,視場內光照是否均勻,擴展性(可否加裝漫射板,偏光鏡等)是否良好,安裝是否方便等。

      產品質量

      產品質量問題是我們尤其需要關注的問題。它包括芯片的使用壽命,亮度衰減快慢,色溫范圍,發光均勻性,散熱合理性等問題。

      性價比

      優越的性價比是一個優秀的企業采購者的極致追求。

      工作距離

      不同的光源的最佳工作距離是不同的。在實際應用由于場地,環境的限制,工作距離尤其需要引起我們的注意。

      技術支持

      良好的技術支持是項目得以順利進行的保障。

       

      光源選型的一般過程如下:

      提出問題----定義檢測目標-----收集制定完整的規格列表----可行性研究: a 這個零件是如何被肉眼看到的;b這個零件將如何照射其上的光學特性;c 將自己想成這個零件-----概念設計------實驗室的反復試驗

      ------原型產品生產-------試用、反饋、改進------批量生產、制造。

       

      光源選擇的注意事項

      1、鏡頭的工作距離;

      2、現場的安裝障礙;

      3、照明對象的現場實際情況;

      4、照明對象特征是否存在特殊性;

      5、圖像是否需要彩色;

      6、安裝的便利性;

      7、成本;

      滿足應用,綜合考慮,理論分析,最后實驗驗證。

       

      條光選型要領:

      1、條光照射寬度最好大于檢測的距離,否則可能會照射距離遠造成亮度差,或者是距離近而幅射面積不夠;

      2、條光長度能夠照明所需打亮的位置即可,無須太長造成安裝不便,同時也增加成本,一般情況下,光源的安裝高度會影響到所選用條光的長度,高度越高,光源長度要求越長,否則圖像兩側亮度傳經比中間暗;

      3、如果照明目標是高反光物體,最好加上漫射板,如果是黑色等暗色不反光產品,也可以拆掉漫射板以提高亮度;

       

      環光選型要領:

      1、了解光源安裝距離,過濾掉某些角度光源;例如要求光源安裝尺寸高,就可以過濾掉大角度光源,選擇用小角度光源,同樣,安裝高度越高,要求光源的直徑越大;

      2、目標面積小,且主要特性在表面中間,可選擇小尺寸0角度或小角度光源;

      3、目標需要表現的特征如果在邊緣,可選擇90度角環光,或大尺寸高角度環形光;

      4、檢測表面劃傷,可選擇90度角環光,盡量選擇波長短的光源;

       

      條形組合光選型要領:

      1、條形組合光在選擇時,不一定要按照資料上的型號來選型,因為被測的目標形狀、大小各不一樣,所以可以按照目標尺寸來選擇不同的條形光源進行組合;

      2、組合光在選擇時,一定要考慮光源的安裝高度,再根據四邊被測特征點的長度寬度選擇相對應的條形光進行組合;

       

      背光源/平行背光源造型要領

      1、選擇背光源時,根據物體的大小選擇合適大小的背光源,以免增加成本造成浪費;

      2、背光源四周一條由于的外殼遮擋,因此其亮度會低于中間部位,因此,選擇背光源時,盡量不要使目標正好位于背光源邊緣;

      3、背光源一般在檢測輪廓時,可以盡量使用波長短的光源,波長短的光源其衍射性弱,圖像邊緣不容易產生重影,對比度更高;

      4、背光源與目標之間的距離可以通過調整來達到最佳的效果,并非離得越近效果越好,也非越遠越好;

      6、檢測液位可以將背光源側立使用;

      5、圓軸類的產品,螺旋狀的產品盡量使用平行背光源;

       

      同軸光造型要領

      1、選擇同軸光時主要看其發光面積,根據目標的大小來選擇合適發光面積的同軸光;

      2、同軸光的發光面積最好比目標尺寸大1.5~2倍左右,因為同軸光的光路設計是讓光路通過一片45度半反半透鏡改變,光源靠近燈板的地方會比遠離燈板的亮度高,因此,盡量選擇大一點的發光面避免光線左右不均勻;

      3、同軸光在安裝時盡量不要離目標太高,越高,要求選用的同軸光越大,才能保證才均勻性;

       

      平行同軸光選型要領:

      1、平行同軸光光路設計獨特,主要適用于檢測各種劃痕;

      2、平行同軸光與同軸光表現的牲點不一樣,不能替代同軸光使用;

      3、平行同軸光檢測劃傷之類的產品,盡量不要選擇波長長的光源;

       

      其他光源選型要領:

      1、了解特征點面積大小,選擇合適尺寸的光源;

      2、了解產品特性,選擇不同類型的光源;

      3、了解產品的材質,選擇不同顏色的光源;

      4、了解安裝空間及其他可能會產生障礙的情況,選擇合適的光源;

       

      案例分析

       

      護照檢測

      檢測的內容主要有水印、微縮文字、人圖象、證件的有效時間、以及其他暗號。需要多種光源(同軸光,組合條光,條光)組合使用。

       

      酒瓶蓋條碼檢測

      檢測的內容主要有條碼識別、條碼打標位置是否偏離;使用光源:204mm60度藍光

      選型分析:

      1、了解產品特性:

         瓶蓋上面是黑色,另有紅黑交錯背景圖案,條碼為激光刻印顯灰色,為了顯現出條碼,應該將字符打亮,背景與字符分辨明顯;我們如果選用紅色光源的話,背景中的紅色會濾掉打白,會干擾同為白色的字符,所以,我們應該利用光源的互補原理,采用藍色光源,將紅色背景盡量打黑;

      2、了解產品形狀選擇合適光源

         瓶蓋為圓形,直徑為25MM,一般此情況可以選擇同軸光或者環形光比較合適;

      3、了解產品材質特性選擇合適光源

         瓶蓋為金屬材料,表面有印刷圖案,比較光滑,反光度很強,選用同軸光或帶角度的環形光比較合適;

      4、模擬現場打光選擇能用的光源

         由于酒瓶必須裝在包裝紙箱里,瓶蓋離紙箱上頂部的距離有80MM,考慮需要留一定的空間,因此,瓶蓋離光源需要的距離為100MM或以上,如此高的距離,小同軸光跟小環光以及低角度光就不能滿足要求,必須選用大同軸光跟大環光

      5、打光試驗

         根據以上情況選擇大致的光源后,再進行性價比對比,選擇性價比高的光源進行實際打光測試(同軸光如果提到110MM距離的話,需要用到120左右的光,單位價值比較高,所以選擇環形光比較經濟)

      6、最終確定光源

         根據打光效果圖進行軟件處理,在得到可靠性準確性的條件下選擇正確的光源。

       

      以上述案例可以看出:

      1、產品的顏色影響光源的顏色;

      2、產品的特性可以確定光源的照射方式,從而確定光源的類型;

      3、產品的安裝空間及相機、鏡頭、傳感器的位置等障礙可以摒棄一些不方便安裝的光源;

      4、光源的安裝高度影響光源的類型及大小;

       

      選型分析:

      1、了解產品特性:

          ITO薄膜是一種n型半導體材料,具有高的導電率、高的可見光透過率,屬于特殊的印刷線路,用肉眼無法看到,所以用普通的光源無法完成拍攝,這里我們選用紫外同軸光源來完成拍攝;

      2、紫外光源的發光亮度比較低,這就需要光源在鏡頭倍率、光源安裝高度、漫射板材質方面合理搭配,否則會造成上面圖一的情況:亮度不夠,光源燈珠影子明顯,圖像均勻性差;

      3、選型分析:

         先了解拍攝視野有多少,選擇好鏡頭后,再了解光源的安裝高度,一般情況下光源會離鏡頭的距離比較近,然后用合適大小的紫外同軸光去打光測試,確定好最佳的工作距離,然后觀察圖像的均勻性,換選不同透光率的漫射板,即要保證紫外光的透過率最大化,又不能讓燈珠太明顯投射到圖像里,亮度可以通過選擇大光發尺寸的同軸光來解決;

      4、最終確定光源:

      如何獲得一幅好圖像?

      合適像素的相機;

      與相機像素接近分辨率的鏡頭;

      適應拍攝特征的光源;

      合適的通光亮,盡量以光源的亮度作為首要介質;

      減少外界光干擾;

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