机器视觉/光源选型

机器视觉，一定会涉及到光源，它在机器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。　　 　
光源起到的作用：获得对比鲜明的图像。　　
图像的质量好坏，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、尽量消隐不感兴趣部分　　
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

光源种类
1 环形光源：

光出射角度值在0°~90°。
0°~45°为低角度环形光源，目前应用案例包括手机金属外框划痕检测、光滑表面的划痕、破损检测以达到突显物体轮廓及划伤，破损的效果
60°~90°光出射角度集中照射被测物表面，突显物体的表面对不同特性，应用案例有：电感锡面检测，USB接口网线接口等不同数据接口的pin针检测，高尔夫球T端面检测，以及平面喷码检测。

2 条形光源：

这款光源的特点为尺寸灵活小巧，可适应不同位置，主要适用于检测较大方形结构被测物效果明显。
目前应用案例包括裂纹，一维二维码读取。注塑件毛边检测，高尔夫球Tee文字检测。

3 四面可调光源：

四个独立可调的条形光源，可独立控制亮度，安装灵活，高亮度，高精度照明。应用领域：四侧引脚扁平封装的检查。二维码读取，陶瓷包装表面检查。

4 圆顶无影光源：

光线经过球面漫射板反射之后，光滑，均匀的照射在被测物体上，适用于被测物表面起伏不平，反光的物体。应用案例进行曲面，表面凹凸，弧形检测。金属吗、，玻璃反光较强的表面检测。

5 底部背光源：

底部发光的标准背光源可应用于显微镜载物台，突出被测物的外形轮廓并由高密度的LED阵列提供高亮度的背光照明。应用于透明物体的毛边，污渍，划痕检测。

6 方形无影光源：

适用于矩形和不规则被测物，提供矩形视野。应用案例：电池板断线检测，手机贴棉，贴膜位置边缘校正，一维，二维码识别。

7 AOI专用光源：

具有高亮度，均匀性好，空间分辨率高的特点；由三组独立控制的环形光源以高中低不同角度照射电路板，很好的把电路板上的元件电极、焊盘、焊点等不用倾斜度的特征凸显出来。应用领域多层次物体检测，插件焊点检测，贴装，焊锡检测。

8 点光源

采用独特的聚光效果（导光柱）实现均匀的照射应用利于包括液晶玻璃线路检测，玻璃表面划痕检测，插头底部字符检测。

9 线性光源：

线性光，高强度光照明，目前应用案例：手机外壳表面凹凸点，划痕，污渍检测。使用特殊的镜片使光线达到线性射出，

10 同轴光源

高强度均匀的光线通过分光镜后与镜头同轴的光线，采用特殊材料抑制反光造成的重影。提高成像清晰度。适用于反光率高的被测便面的划痕，印字检测。应用案例包括：激光打标字符，二维码识别，反光率高的物体表面的划伤检测。

11 红外光源
应用案例包括：夜视场合（当可见光不足时，红外线可用于夜视设备）、军事、工业场合（红外辐射可用于远程确定物体的温度（如果发射率已知）。这被称为温度记录法，或者在NIR中非常热的物体或可见的情况下称为高温测定法。热成像主要用于军事和工业应用。）需加热场合（红外辐射可以用作故意的加热源。例如，它被用在红外线桑拿房中以加热居住者、去除飞机机翼上的冰。）

12 紫外光源
应用案例包括：重氮复印技术、光刻曝光、诱杀田间害虫、鸡舍畜圈的灭菌

光源分类
光源从大类上可分为普通自然光和人造光源，由光照强度、色温及光源的几何形状来描述。在不锈钢表面缺陷检测系统中，为使采集到的图像达到高质量的要求，需要依据待检测目标的颜色、材质和形状，考虑所需光源的强度、光路和光谱等特性。在实际应用中，应优先选择明场照明方式，从而可以抑制自然光源及外界环境的干扰。

光源颜色
常用光源颜色有：白色、蓝色、红色、绿色、红外、紫外
代码 颜色 波长（nm）
R 红 625
G 绿 517
B 蓝 465
V 紫 400
W 白 色温：5500k
IR 红外 850
UV 紫外 385
白色光源（W）
白色光源通常用色温来界定,色温高的颜色偏蓝色(冷色，色温>5000K)，色温低的颜色偏红(暖色，色温<3300K)，界于3300与5000K之间称之为中间色，白色光源适用性广，亮度高，特别是拍摄彩色图像时使用更多。
蓝色光源（B）
蓝色光源波光为430-480之间，适用产品：银色背景产品（如钣金，车加工件等）、薄膜上金属印刷品
红色光源（R）
红色光源的波长通常在600-720之间，其波长比较长，可以透过一些比较暗的物体，例如底材黑色的透明软板孔位定位、绿色线路板线路线路检测，透光膜厚度检测等，采用红色光源更能提高对比度；
绿色光源（G）
绿色光源波长510-530，界于红色与蓝色之间，主要针对产品：红色背景产品，银色背景产品（如钣金，车加工件等）。
红外光（IR）
红外光的波长一般为780-1400，红外光属于不可见光，其透过力强。一般LCD屏检测、视频监控行业应用比较普遍；
紫外光（UV）
紫外光的波长一般为190-400，其波长短，穿透力强，主要应用于证件检测、触摸屏ITO检测、布料表面破损、点胶溢胶检测等方面，金属表面划痕检测等；
互补色：也称为对比色，互补色在色环上相互对应。两种互补色等强度混合可以得到白色。如果希望更加鲜明地突出某些颜色，则选择色环上想对应的互补颜色，这样可以明显地提高图像的对比度。
互补色：也称为对比色，互补色在色环上相互对应。两种互补色等强度混合可以得到白色。如果希望更加鲜明地突出某些颜色，则选择色环上想对应的互补颜色，这样可以明显地提高图像的对比度。

考虑光源颜色和背景颜色，使用与被测物同系的光会使图像变亮。如红光使红色物体更亮。使用与被测物体相反色系的光会使图像变暗。如红光使蓝色物体更暗。

照明方式
光源是影响机器视觉图像质量的重要因素，照明对输入数据的影响至少占到 30 % 。好的打光方式可以准确捕捉物体特征，提高物体与背景的对比度。
1、照射光的种类
(1)直射光
主要来自于一个方向的光，可以在亮色和暗色阴影之间产生相对高的对比度图像。
(2)漫射光（扩散光）
各种角度的光源混合在一起的光。日常的生活用光几乎都是扩散光。
(3)偏振光
在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿某一个固定方向振动的光。通常是利用偏光板（片）来防止特定方向的反射。
(4)平行光
照射角度一致的光。太阳光就是平行光。发光角度越窄的LED直射光越接近平行光。
对比度：对比度对机器视觉来说非常重要。机器视觉应用的照明的最重要的任务就是使需要被观察的特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的对比度，从而易于特征的区分。对比度定义为在特征与其周围的区域之间有足够的灰度量区别。好的照明应该能够保证需要检测的特征突出于其他背景。

常见的打光方式有以下几种：
1 角度照明
特点及应用:在一定工作距离下，光束集中、亮度高、均匀性好、照射面积相对较小。常用于液晶校正、塑胶容器检查、工件螺孔定位、标签检查、管脚检查、集成电路印字检查等。适用光源:30、45、60、75等角度环光。

2 垂直照明

特点及应用:照射面积大、光照均匀性好、适用于较大面积照明。可用于基底和线路板定位、晶片部件检查等。
适用光源:0角度环光、条型光源、面光源。

3 低角度照明

特点及应用:对表面凹凸表现力强。适用于晶片或玻璃基片上的伤痕检查。适用光源:90度环光。

4 背光照明

特点及应用:发光面是一个漫射面，均匀性好。可用于镜面反射材料，如晶片或玻璃基底上的伤痕检测;LCD检测;微小电子元件尺寸、形状，靶标测试。
适用光源:背光源、平行背光源。

5 多角度照明
特点及应用:RGB三种不同颜色不同角度光照，可以实现焊点的三维信息的提取。适用于组装机板的焊锡部份、球形或半圆形物体、其它奇怪形状物体、接脚头。
适用光源:AOI光源

6 碗状光照明
特点及应用:360度底部发光，通过碗状内壁发射，形成球形均匀光照。用于检测曲面的金属表面文字和缺陷。
适用光源:球积分光源，通常也叫圆顶光、漫反射光源。

7 同轴光照明
特点及应用:类似于平行光的应用，光源前面带漫反射板，形成二次光源，光线主要趋于平行。用于半导体、PCB板、以及金属零件的表面成像检测，微小元件的外形、尺寸测量。适用光源:同轴光源，平行同轴光源。

光源评价

1. 对比度　　
   对比度对机器视觉来说非常重要。机器视觉应用的照明的最重要的任务就是使需要被观察的特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的对比度，从而易于特征的区分。对比度定义为在特征与其周围的区域之间有足够的灰度量区别。好的照明应该能够保证需要检测的特征突出于其他背景。

2. 鲁棒性　　
   鲁棒性就是对环境有一个好的适应。好的光源需要在实际工作中与其在实验室中的有相同的效果 。

3. 亮度　　
   当选择两种光源的时候，最佳的选择是选择更亮的那个。光源的亮度不够，必然要加大光圈，从而减小了景深 。

4. 均匀性　　
   均匀性是光源一个很中要的技术参数。均匀性好的光源使系统工作稳定 。

5. 可维护性　　
   可维护性主要指光源易于安装，易于更换 。

6. 寿命及发热量　　
   光源的亮度不易衰减过快，这样会影响系统的稳定，增加维护的成本 。发热量大的灯亮度衰减快，光源的寿命也会受到很大影响。