机器视觉光源的照明方式

石鑫华视觉

机器视觉光源的照明方式

照明方式是指以什么样的光源和方法来进行照明。包括光源的选择以及方法的使用等方面的内容。即平时我们所谓的打光。
单向照明

一个或多个点光源形成的单向照明系统，可以使用透镜或反射镜对光进行汇聚或发散处理。优点是亮度大、灵活、易于适应包装要求、均匀度可用多光源或合适的成像系统获得，可应用于多种场合。缺点是阴影和反光。我们公司光源有条光、线光、点光、同轴（平行）光等。常用于平面和有纹理表面的检查。如下图所示效果。

                               
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图1 线光寻找直边

如图中所示，为线光的效果，光源从上往下照射，底面与背景基本上全是暗的，只有棱边为高亮的，这个就是我们需要的特征-直线。
掠射

光线和物体表面基本平行，即低角度照射。优点：显现表面结构，增强物体轮廓。缺点：热点及极度阴影。可用光源：低角度环形光、线光、条光。用途：物体边缘轮廓、表面缺陷等。原理图如图2所示

                               
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图2 机器视觉掠射原理

                               
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图3 低角度环形光源掠射效果

图3中所示为低角度环形光源采用掠光照射方式的照明效果，可以将石英晶片表面的缺陷以及轮廓表现的比较突出。
漫射

在直射的光源外面加一层漫射板，使光源发出的光均匀漫射开来。优点：反光小、照明均匀。缺点：指向性不够。光源类型：环形光、条形光、平面无影光等。用途：面积大、反光的、工作距离远、均匀性要求比较高的的物体。

                               
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图4 高反光金属环无漫射板

无漫射板，可看到高亮部分有眩光效果。还有可以看到LED颗粒在高反光金属面上的反光点。

                               
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图5 高反光金属环有漫射板

有漫射板光源，高亮部分无眩光且LED颗粒感明显消失。
环状照射

与镜头同轴的环状灯照射。根据灯的颗粒角度不同，其工作距离通常也会不同。优点：可直接安装到镜头上，距离合适时照明均匀。缺点：工作距离一般较短、有可能形成环形反光。可用光源：环形光、四面可条光、环形无影光、四面无影光等。用途：有纹理的表面、字符、轮廓等，范围相当广泛。上图的漫反射图即为环形照射。效果可见图5。
同轴（平行）光照射

和光轴同轴（平行光为光线本身是平行的）的光源，透镜通过分光镜看到物体。优点：均匀，无阴影，反光小，方向性强。缺点：体积大、难于做大面积光源、效率低、工作距离短、有镜面成像与实际物体重合。用途：平面型反光物体的表面检查，如光盘、玻璃等。效果如图示。

                               
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图6 同轴平行光原理

图6为同轴平行光原理图。如果LED光源发出的光束为不平行光源，则为同轴光源原理图。

                               
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图7 同轴平行光成像效果

如图7所示，可将光盘表面的划痕、污渍表现的很清楚。同轴光、同轴平行光一般用于平整且光滑的表面划痕、污渍、缺陷检查。如光盘、玻璃、抛光金属面等。
背光照明

背面照射，用来形成不透明物体的阴影或观察透明物体的内部。优点：边缘特别突出。缺点：观察不到表面细节。光源类型：面光、侧面光、同轴光、同轴平行光等。用途：边缘检测、尺寸检测等。此种方式是唯一与其它方式不同的照明方式 ，其是以光源高亮作为背景，而以目标黑暗为特征的照明方式。其效果如图所示。

                               
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图8 背光效果图

如图所示，为一锂电池的轮廓拍摄，可将电池的轮廓拍摄的很清楚，便于尺寸测量。
结构光照射

光线以一定结构投影到被照物体上。优点：可以得到较均匀的照明方式。缺点：无论是单个或多个光源，其体积都很大。可用光源：圆顶光（积分光）、四面可调光、四面无影光、组合光源。用途：大面积需要均匀照明的物体、多种特征需要同时检查的物体。

                               
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图9 结构光照射效果图

易拉灌底是典型的需要结构光来完成的实例。