机器视觉照明揭秘

一个成功的机器视觉应用的照明部分的任务已被称为一些科学和其他艺术 。但几乎所有人都同意 ，正确的照明对任何机器视觉项目的成功都有很大的影响 。大多数专家说 ，图像的质量有助于超过80%的任何机器视觉系统设计的结果 。这是不奇怪的 ，那么 ，在一个精心设计的机器视觉系统 ，照明起着巨大的作用 ，而照明源可能是最重要的组件之一 ，考虑在应用程序中 。

任何特定机器视觉任务的照明设计的关键目标是创建的功能 ，是重要的检查和背景之间的对比度 。一个特征可能是一个被定位或测量的对象 ，或一个被检测的缺陷 。当此功能与背景对比度 ，或信噪比 ，是非常高的 ，所得到的图像处理和分析将产生更准确的结果 。对于装配验证 ，将有更少的虚假拒绝和虚假接受 ，因为有较少的特征模糊 。在计量中 ，所得到的测量精度会更好 。在许多情况下 ，处理速度实际上会更好 ，因为较少的预处理和其他操作的图像时 ，所需的目标特征是在高对比度的背景下明确定义的背景 。

一个同样重要的考虑一部分的照明是保持一致性的照明从一个图像到下一个 。不一致的照明的两个关键因素是部分介绍和环境光 。当照射的表面物体改变位置或角度的摄像头 ，反射光 ，表面也改变了方向 。这些反射光的变化可能会导致在一个显着不同的图像到达相机 ，和不一致的结果在处理 。

这种白光LED频闪灯是用来捕捉高速运动 。不一致的部分表现可能成功地克服与适当的照明 ，但在所有情况下 ，这是一个好主意 ，对于机器视觉应用部分的位置尽可能限制由于错位的部分可能对超出成像中的应用等方面的不利影响 。

环境光是由被检查的部分反射出来的光 ，来自于特定于机器视觉应用程序的照明组件以外的其他来源 。它可能是植物中的顶上的光 ，或是通过一扇窗户或天窗照射的太阳 。环境光是不一致的性质 ，和环境光的影响 ，在一个应用程序通常是戏剧性的和负面的 。如果可能的话 ，机器视觉成像的专用照明源必须克服 ，或显着的比 ，环境光源 。通常 ，环境光是太强或不可预测的 ，和检查区域必须被笼罩 ，以阻止环境光 。这是几乎从来没有接受使用环境光单独为机器视觉应用；成本的专用照明和护照  ，在适当的情况下 ，将重复偿还的一致性和可靠性的检查结果 。

一个额外的任务 ，往往是委托给在机器视觉的照明是停止或冻结的一部分的运动 。某些光源可闪现或选通时间很短 。移动部分照明只有微秒 ，使其出现相机不动 。

有了这样的理解 ，为什么照明是如此重要的机器视觉应用 ，并有针对性的目标时 ，指定机器视觉的照明 ，考虑一些基本的实施原则 。

低角度的光照效果，有时被称为暗场照明 ，显示 。边缘和边缘缺陷突出 。

 

基础知识

任何图像都是通过物体的光反射而产生的 ，并通过光学传递到摄像机 。光学元件透镜 、滤波器 、棱镜路径的光所产生的影像到相机可以科学地预测和精确建模 。因此 ，规范和选择的透镜和其他光学部件可以很容易地完成 ，使用完善的公式 。然而 ，不幸的是 ，没有可比的一组的公式或规则 ，可以遵循的选择和实施的光源 ，虽然某些科学原则的光的行为允许一个估计正确的照明技术 。

当评估机器视觉的正确照明时 ，反射是工作原理 。反射的规则是 ，反射的角度总是等于入射的角度 。换言之 ，当光束在一个特定的角度照射一个表面点时 ，光束的任何部分都会在同一个角度远离点 ，但在相反的方向 。镜子是一个几乎完美的反射镜 ，这个概念的一个很好的例子 。相对于镜的表面的45度角的一个角度指向的光将从原来的点源的45度反射镜反射镜。

当然 ，大多数表面都不是完美的反射镜 。此外 ，大多数光源产生的光是由散射光波构成的 。    

因此 ，单独的光束 ，因此 ，根据表面性质的不同的角度反射的表面 。在一般情况下 ，从一个表面的反射被归类为镜面或漫反射，并在事实上 ，许多对象将有多个表面 ，或区域上的一个单一的表面具有不同的反射特性 。

 当一个表面的表面引起光的光束被打破或扩散时 ，会发生漫反射 。只有一部分的原始光束的强度得到反射到相机 ，其余的去在不同的方向 。镜面反射发生在光线投射到表面的光线在一个接近原光束强度的亮度水平上反射到相机中 。

供参考 ，大多数人类用眼睛看的是漫反射 。这是部分原因是在办公室 ，家庭或自然的漫反射表面 。它也有一部分是因为在日常生活中的大部分光源都是高度分散的 ，如荧光灯的开销 ，或阴天 。偶尔 ，一些高度镜面反射表面的明亮闪烁可见 ，而现场经常站出来 ，抓住一个人的眼睛 。请注意 ，这个高光的亮点往往是不受控制的和不良的。

表面颜色对光的反射也有很大的影响 。颜色是一个特定波长的光的结果 ，从一个表面反射 ，和所有其他的光被吸收的波长 。如果一个物体看起来是红色的 ，例如 ，它仅仅是因为红色的光从表面反射回来 。如果光照在物体上不包含任何红色光波 ，那么就不会有来自表面的反射 ，物体将是深灰色或黑色 。通过选择一个特定颜色的光源 ，对比度可以被操纵与照明时 ，目标特征具有一致的颜色属性 。在某些机器视觉应用中使用的颜色可能甚至不可见的人的眼睛 。使用紫外线（紫外线）或红外线（红外线）照明来产生一个机器视觉相机可见的图像 ，这是不寻常的 。

用于激光的结构照明用于轮廓表面缺陷 。

 

光源

机器视觉的照明光源有很大的不同 ，从荧光灯到专门的灯 ，旨在补充具体的检查应用 。为机器视觉设计的照明单位是现成的 ；对于每个人 ，除了成像专业人士设计的照明 ，例如 ，一个原始设备制造商的应用程序 ，没有必要使用任何其他比现成的组件 。

由发光二极管（LED）阵列制成的光源似乎是最广泛使用的机器视觉照明和良好的原因。这些小的聚焦灯有多种颜色 ，多种尺寸 ，可分为形状如环形灯 、线性光源和聚光灯 。从LED阵列的光是定向的和集中的 ，而不是扩散 。在一个LED阵列中的单个灯的目的是提供在特定的角度照明 ，并在每个LED的透镜成型可以选择提供在不同的传播角度的光 。为了使一个LED阵列的一个更弥漫性的源 ，一个半不透明的扩散是放置在前面的LED 。

LED最后一个很长的时间 ，在多年来衡量 。当LED降解时 ，它会很快 ，所以没有很长一段时间的光的应用程序的质量正在慢慢减少 。然而 ，LED是非常容易受到热损伤 ，他们产生了很多自己的和高温显着减少输出和寿命 。LED可以作为选通灯 ，事实上 ，他们可以更明亮 ，有一个更长的寿命时 ，以这种方式使用 。然而 ，LED光源 ，不像一些其他可用的照明方法一样明亮 ，它是很难实现它们时 ，照明非常大的领域 。即使扩散 ，光有很强的方向性 。

荧光灯是可行的许多机器视觉应用 。一个荧光光源产生一个真正的漫反射光 。虽然荧光灯的出现主要是白色的眼睛 ，荧光光源的颜色变化所使用的管的类型 。事实上 ，荧光灯是由“尖峰”的颜色 ，结合起来 ，使什么看起来像白光 。荧光灯通常是最便宜的光源 。通过设计 ，荧光灯闪烁在和关闭的速率固定的电子驱动的光 。

当使用荧光灯时 ，选择一个是专门为机器视觉设计的 。这些灯用镇流器驱动高速的灯在25到90千赫 。任何比这更慢的东西会引起与相机的干扰 ，并使光强度不一致 。荧光灯有一个合理的寿命 ，在几个月 ，但应取代之前 ，失败 ，因为他们慢慢地降解 。荧光的来源有时是很难使用的某些部分 ，不能选通和没有做好当一个定向 ，非漫射光源是必要的 。

应注意的另一种光源是光纤导光灯 ，通常用石英卤素灯 ，金属卤化物灯恒源或氙气闪光灯光源照明 。光纤导光可配置成各种形状 ，并几乎一样方便使用LED灯 。从光纤波导的光是高度定向的 ，而不是弥漫性的 ，但光的亮度和颜色的一致性一般优于其他来源 。然而 ，灯的寿命是令人沮丧的 ，有时测量在小时 。尽管有一个闪光灯 ，光的短占空比会导致更长的寿命 。

LED灯阵列和光纤导光灯可以集中使用镜头或其他光学 。从大多数的光源可以用滤光片 、偏振片改性以获得不同的效果。

LED线灯用线扫描相机的Web检查 。在这种情况下 ，使用蓝色的光 ，以提供对比度的互补色的缺陷 。

 

照明技术

武装与知识的基础上的光源和反射率和颜色的表面上的知识 ，并与机器视觉照明的目的是创建目标特征和背景之间的对比 ，它是时间来实现一个照明设计 。这就是科学让位给艺术的地方 。

任何机器视觉的照明布局是特定于应用的 。一个光源指向一个对象的方式决定了该对象上的哪些功能是明亮的照明和哪些功能不是 。

有三个基本方向 ，从中可以被定向到一个表面上 。一个是在那里的光来自一个高的照明角度，或低的入射角 ，几乎垂直于表面的一部分 ，有时被称为明亮的场照明 。有了这种技术 ，大部分的定向光从表面反射回来的相机 。当使用一个非漫光源时 ，这种技术可能会产生阴影和眩光 ，但在某些情况下 ，它是理想的有阴影创建边缘对比度 。随着一些表面 ，并具有足够高的角度，可以减少阴影和边缘进一步增强 。一个弥漫性的源或定向源与扩散从这个高的照明角度可以创建甚至照明的许多部分 ，以最小的眩光 ，但有时具有不太明显的表面特征 。

为暗视场照明 ，但这不是一个准确的描述这个角度的照明的可见光结果 。在这个低角度的照明 ，平坦的表面将反射较少的光回到相机 ，和一些结构上的平坦表面上的对象可能会创建一些镜面反射 ，甚至可能产生的阴影，这两者都可以被捕获的相机的功能 。

LED灯作为照明不断弥漫 。这种类型的光穹顶提供了阴影和无眩光的照明 ，即使在高光部分 。

从最后一个方向 ，光可以照亮一个对象是从后面 ，与对象直接瞄准在光和对象的轮廓对照明的背景 。此方法创建不同的尖锐棱角的物体轮廓 ，适合高精度测量或部分的位置 。当然 ，这种类型的光 ，没有表面特征是可见的 。

此外 ，也有一些普遍认可的特殊照明技术 ，可能是适当的特定应用 。这些措施包括使用结构光 ，轴（轴向）照明和恒定的漫反射照明 。

成功的照明机器视觉应用程序显然是基于科学的原则 ，但也需要在最终实现的经验和艺术 。

这是很难准确地预测一个特定的表面将如何响应一定的照明技术与一定的光源 ，但一个好的地方开始是一个受过教育的猜测来自这个基本信息 。最好总是测试一个照明技术和组件 ，并为此 ，供应商提供这些组件可以是一个很好的资源 。

 

技术提示

大多数专家说 ，图像的质量有助于超过80%的任何机器视觉系统设计的结果 。

当评估机器视觉的正确照明时 ，反射是工作原理 。

机器视觉的照明光源有很大的不同 ，从荧光灯到专门的灯 ，旨在补充具体的检查应用 。