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影像視覺集成之---光源的設(shè)計和選型
  1. [日期:2017-07-26 查看次數(shù):3778]

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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(tǒng)。

光線的主要功能是產(chǎn)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(zhì)量。

來自目標的任意光線都應(yīng)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(chǎn)品,是擺在很多應(yīng)用工程師面前的一個難題。這個問題本身很難總結(jié)出一個千篇一律的結(jié)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(shè)計

主要包括光源設(shè)計的是否合理,視場內(nèi)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(chǎn)品質(zhì)量

產(chǎn)品質(zhì)量問題是我們尤其需要關(guān)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(fā)光均勻性,散熱合理性等問題。

性價比

優(yōu)越的性價比是一個優(yōu)秀的企業(yè)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(yīng)用由于場地,環(huán)境的限制,工作距離尤其需要引起我們的注意。

技術(shù)支持

良好的技術(shù)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(guī)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(shè)計------實驗室的反復(fù)試驗

------原型產(chǎn)品生產(chǎn)-------試用、反饋、改進------批量生產(chǎn)、制造。

 

光源選擇的注意事項

1、鏡頭的工作距離;

2、現(xiàn)場的安裝障礙;

3、照明對象的現(xiàn)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(yīng)用,綜合考慮,理論分析,最后實驗驗證。

 

條光選型要領(lǐng):

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(cè)亮度傳經(jīng)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(chǎn)品,也可以拆掉漫射板以提高亮度;

 

環(huán)光選型要領(lǐng):

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(xiàn)的特征如果在邊緣,可選擇90度角環(huán)光,或大尺寸高角度環(huán)形光;

4、檢測表面劃傷,可選擇90度角環(huán)光,盡量選擇波長短的光源;

 

條形組合光選型要領(lǐng):

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(jù)四邊被測特征點的長度寬度選擇相對應(yīng)的條形光進行組合;

 

背光源/平行背光源造型要領(lǐng)

1、選擇背光源時,根據(jù)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(chǎn)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(diào)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(cè)立使用;

5、圓軸類的產(chǎn)品,螺旋狀的產(chǎn)品盡量使用平行背光源;

 

同軸光造型要領(lǐng)

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

2、同軸光的發(fā)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(shè)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(fā)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(lǐng):

1、平行同軸光光路設(shè)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(xiàn)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(chǎn)品,盡量不要選擇波長長的光源;

 

其他光源選型要領(lǐng):

1、了解特征點面積大小,選擇合適尺寸的光源;

2、了解產(chǎn)品特性,選擇不同類型的光源;

3、了解產(chǎn)品的材質(zhì),選擇不同顏色的光源;

4、了解安裝空間及其他可能會產(chǎn)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(nèi)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(nèi)容主要有條碼識別、條碼打標位置是否偏離;使用光源:204mm、60度藍光

選型分析:

1、了解產(chǎn)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(xiàn)出條碼,應(yīng)該將字符打亮,背景與字符分辨明顯;我們?nèi)绻x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(yīng)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(chǎn)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(huán)形光比較合適;

3、了解產(chǎn)品材質(zhì)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(huán)形光比較合適;

4、模擬現(xiàn)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(huán)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(huán)光

5、打光試驗

   根據(jù)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(huán)形光比較經(jīng)濟)

6、最終確定光源

   根據(jù)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(chǎn)品的顏色影響光源的顏色;

2、產(chǎn)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(chǎn)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??;

 

選型分析:

1、了解產(chǎn)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(fā)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(zhì)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(fā)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(yīng)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(zhì);

減少外界光干擾;

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