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光源的类型

发表时间: 2019-11-19 13:14:12

作者: 苏州智眸科技有限公司

来源: 苏州智眸科技

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经过大量的研究和实验可以发现,对于不同的检测对象,必须采用不同的照明方式才能突出被测对象的特征,有时可能需要采取几种方式的组合,而最佳的照明方法和光源的选择往往需要大量的实验才能找到。除了要求设计人员有很强的理论知识外,还需要很高的创造性,这个看似简单的问题实际上是非常复杂的。

经过大量的研究和实验可以发现,对于不同的检测对象,必须采用不同的照明方式才能突出被测对象的特征,有时可能需要采取几种方式的组合,而最佳的照明方法和光源的选择往往需要大量的实验才能找到。除了要求设计人员有很强的理论知识外,还需要很高的创造性,这个看似简单的问题实际上是非常复杂的。下面对几种典型的光源进行简单的介绍与说明。

前光源

前光源是指放置在待测物前方的光源,这种光照方式称为前光式照明,如图,前光源又可以分为高角度与低角度两种,其区别在于光源与被测物待测表面之间的夹角大小不同。

 

在选用高角度照明或低角度照明时,主要考虑被测物表面待测部分的机理,下图为对不同打印方式的字符的检测。

 

采用不同打印方式的字符,其待测部分的表面机理不同,印刷式字符采用高角度照明方式效果较好,而刻字式字符采用低角度照明方式效果更佳。

前光式照明主要用于检测反光与不平整表面,IC芯片上的印刷式字符、电路板元器件、焊点、橡胶类制品、封盖标记、包装袋标记、封盖内部及底部的脏污等。

将机器视觉检测技术应用于汽车制造业,可以检测轮胎和轮盘上的字符。轮胎上的数字编号凸出于轮胎侧表面,且与背景颜色相同,因此很难判别。但是,采用前光源高角度照明法可以在相片上产生微妙的“凸出”效果,数字编号可清晰地浮现出来,大大有利于后期数字编号的图像处理与识别。

 

在检测轮盘上的字符时,鉴于文字是刻在涂层表面上的,采用低角度照明法,采集的图片中原本凹陷入轮盘里的字符与背景形成了鲜明的对比,十分有利于后续图像处理。

 

背光源

背光源与前光源在放置位置上刚好相反,即放置于待测物体背面,如图所示。通过背光源照射待测物体,相对摄像机形成不透明物体的阴影或观察透明物体的内部时,使待测物透光与不透光部分边缘清晰,为图像边缘提取奠定基础。

 

由于背光源能充分突出待测物体的轮廓信息,因此,它主要用于被测对象的轮廓检测透明体的污点缺陷检测、液晶文字检查、小型电子元器件尺寸和外形检测、轴承外观和尺寸检查、半导体引线框外观和尺寸检查等。上图为采用背光源照射一个多孔齿轮所拍摄的图片,齿轮上的圆孔与齿牙的轮廓十分清晰,这为齿轮不良品(NG)判定的后续图像处理打下了良好基础。

环形光源

环形光源的实物如下图,它能为待测物体提供大面积均衡的照明。实际应用中,环形光源与CCD镜头同轴安放,一般与镜头边缘相对齐。环形光源的优点在于可直接安装在镜头上,如图,与待测物体距离合适时,可大大减少阴影,提高对比度,可实现大面积荧光照明。但应用距离不合适时会造成环形反光现象。

 

环形光源在检测高反射率材料表面的缺陷时表现极佳,非常适合电路板和球栅阵列封装(BGA)缺陷的检测。它广泛应用于有纹理表面的物体检测,如检测IC芯片上的印副字符、印制电路板上的零件、塑料盖上的污点和各种产品标签等。

如下图,用蓝色环形光源照射待测BGA焊点和金属导线,既去除了金属导线图案,又突出了焊点,图像中仅焊点部分呈白色。从图中还可清晰地看到左上方的瑕疵,为后续识别处理奠定了基础。

 

下图为采用环形光源照射电容和晶体振荡器的拍摄图像效果。左图中电容上的白色印刷字符与黑色背景形成鲜明对比,字体的轮廓非常清晰:右图中晶体振荡器上的印刷字符也突出于金属外壳之上。这种图片的字符成像效果已可以满足字符识别算法的基本要求。

 

点光源

点光源的实物如图所示,它结构紧凑,能够使光线集中照射在一个特定距离的小视场范围内。一般将点光源安置于工件前方,采用前光源照明方式,以一定的角度从正面直接对准工件上感兴趣的区域,如下图。在点光源高亮度、均匀强光的照射下,采集的图像对比度高,对检测物体反射表面上的阴影、微小缺陷和凹痕十分有效,对条形码识别和激光打印字符的检测也特别有用。

 

在检测凸轮、齿轮损伤缺陷时,可以采用平行度误差较小的点光源照明,采集的凸轮表面缺陷图像。点光源能均匀照射金属表面,检测出伤痕所在位置。检测条形码时,也可以选用点光源直接照射感兴趣的区域,采集的条形码图像,该图像为后续图像处理提供了很好的素材。

 

可调光源

可调光源是可以通过电流调整器、亮度控制器或频闪控制器来调整光源亮度或频闪速度的一种光源。由于可调光源的调节主要由控制器实现,因此下面对这些控制器做简单介绍。

(1)电流调整器和亮度控制器——电流调整器包括单信道与双信道输出的恒流控制器四信道带触摸屏的亮度控制器、RGB光源彩色分量调节控制器,这些给机器视觉的光源设计提供了较多的选择机会。

(2)频闪控制器——频闪控制器是一种为LED光源提供频闪电源和连续控制的直流电源的控制器,主要用于实现对最新一代大电流LED光源、大面积线组光源以及大面积表面贴片背光源的控制。频闪控制器结合大电流LED光源可以替代氖光源。




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