機(jī)器視覺應(yīng)用如何選擇適當(dāng)?shù)墓庠?2

第二種光明技術(shù)是直接正面照明。通常情況下，光線從一個(gè)稍微偏離中心的角度照射出來。這樣的光源很容易設(shè)置，它 可以創(chuàng)建卓越的對(duì)比度，但也可能會(huì)創(chuàng)建陰影和產(chǎn)生眩光，這 取決于待檢驗(yàn)元件的表面。

如果圖像存在對(duì)比度低的問題，創(chuàng)建陰影可能是需要的，以提升對(duì)比度。并且，直接照明可用于通過頻閃凍結(jié)移動(dòng)。關(guān)于移動(dòng)光源的效果示例，請(qǐng)考慮下面的圖像。

如果需要最大限度地減少陰影，可以采用一個(gè)以上的直接照明裝置。出于這個(gè)目的，一些系統(tǒng)采用環(huán)形燈，其可以完全 包圍待檢查的元件。

另一種照明技術(shù)是結(jié)構(gòu)化照明。結(jié)構(gòu)化照明利用已知的光 線圖案（通常是產(chǎn)生一條線的光線平面），其用于獲取尺寸信息。通常情況下使用高度準(zhǔn)直的光源，如激光或光纖線性光源 等。

這種技術(shù)提供價(jià)格低廉的方式來測(cè)量連續(xù)表面的深度和高度，通常在光源或表面移動(dòng)的情況下使用。另外，它還可以顯示對(duì)比度低的元件上的表面細(xì)節(jié)。

用戶應(yīng)當(dāng)確保待測(cè)量的元件不會(huì)吸收光線，這是因?yàn)闉榱舜_保待測(cè)量元件上的照明效果，需要將光線反射出去。線性光源從完全平坦和不連續(xù)的表面反射出去的效果。

軸上散射照明（“DOAL”）允許光線直接照亮與相機(jī)位于同一條線上的元件，光源不會(huì)阻礙相機(jī)采集圖像。這可以使用 50%鍍銀的反射鏡將光線直接反射到元件上來實(shí)現(xiàn)。相機(jī)通過反射鏡尋找元件，以采集被照亮元件的圖像。

軸上散射照明應(yīng)用包括檢測(cè)光亮、平坦表面上的缺陷，或者檢驗(yàn)小孔洞內(nèi)部。由于DOAL光源穿過鍍銀反射鏡后損失了強(qiáng) 度，因此，建議采用額外的光源來提高照度或物品上光線的一致性。

本文要介紹的最后一種照明技術(shù)是離軸漫射照明，也稱為“陰天照明”或“穹頂照明”。采用這種技術(shù)時(shí)，光線不是直接反射到元件上，而是首先反射到一個(gè)漫反射面上，然后“ 回彈”到元件上。

離軸漫射照明技術(shù)會(huì)消除陰影，就好像我們?cè)陉幪觳榭礀|西一樣。同時(shí)，它還避免產(chǎn)生元件檢驗(yàn)應(yīng)用中可能引起問題的熱斑或眩光。當(dāng)采用穹頂照明時(shí)，如果相機(jī)通過反射器圓頂中的一個(gè)孔來采集圖像，圖像中央可能會(huì)有一個(gè)盲區(qū)。因此，當(dāng)使用反射器時(shí)，添加一個(gè)DOAL光源可能有利于填補(bǔ)該盲區(qū)。

對(duì)于空間受限的應(yīng)用，平頂燈適用于放置在相機(jī)與元件之間，其可以產(chǎn)生類似于弧形頂燈的效果。

始終開啟或頻閃

在機(jī)器視覺應(yīng)用中，光源是始終開啟或頻閃的。通過光線頻閃，我們可以增加光線強(qiáng)度，并且光源可以保持更長(zhǎng)的使用 壽命，更有用的一項(xiàng)功能是阻止移動(dòng)。但頻閃需要加以控制。

這個(gè)時(shí)機(jī)必須與圖像采集精確協(xié)調(diào)，否則，圖像強(qiáng)度將會(huì)有所不同。另外，在使用頻閃照明時(shí)，還需要考慮人為因素。閃爍的燈光可能導(dǎo)致操作員癲癇發(fā)作或頭痛。

設(shè)計(jì)機(jī)器視覺系統(tǒng)時(shí)，非常重要的一點(diǎn)是，需要考慮機(jī)器待安裝區(qū)域內(nèi)環(huán)境光線的影響。用于照亮元件的光線必須 足夠明亮，能夠覆蓋掉任何照射在元件上的環(huán)境光線，以確保檢驗(yàn)系統(tǒng)的特殊照明能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的效果。

環(huán)境光線可能 導(dǎo)致元件上出現(xiàn)額外的眩光。另外，環(huán)境光線還可能出現(xiàn)變 化，這取決于操作員可能站立的位置、一天中的時(shí)間、天氣 和一年中的季節(jié)。當(dāng)您為檢驗(yàn)系統(tǒng)選擇光源以及設(shè)計(jì)機(jī)器的安裝布局時(shí)，所有這些問題都需要考慮到。

光源

鹵素?zé)羰且环N類型的光源，適用于需要非常明亮光線的應(yīng)用，許多新型汽車前燈都是鹵素?zé)?，但這種光源也存在局限 性，事實(shí)上，它們無法提供頻閃功能，運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)變得 非常熱，并且隨著時(shí)間的推移，它們會(huì)損失一些強(qiáng)度。

如果您 將這種類型的光源用于一個(gè)檢驗(yàn)應(yīng)用，以最大功率的80%運(yùn)行 有利于延長(zhǎng)使用壽命，并保持電壓穩(wěn)定，以避免顏色變化。如 果您的應(yīng)用對(duì)其產(chǎn)生的鹵素?zé)崃棵舾械脑?，使用光纖光學(xué)元 件，可以將燈具安裝在距離元件較遠(yuǎn)的位置。

白熾燈是另一種類型的光源。這類燈泡價(jià)格低廉，并且很容易買到，但它們無法提供頻閃功能，容易產(chǎn)生熱量，并且隨著時(shí)間的推移，它們會(huì)略微損失一些強(qiáng)度。

熒光燈光源價(jià)格相對(duì)便宜，市場(chǎng)上提供許多形狀和尺寸選擇。這類光源提供漫射光線，最大程度地減少了眩光，局限性包括無法提供頻閃功能，隨著時(shí)間的推移，質(zhì)量會(huì)下降，并且難以調(diào)節(jié)光線強(qiáng)度。

由于交流電源頻率的原因，熒光燈還會(huì)出現(xiàn)閃爍，這可能會(huì)影響視覺檢驗(yàn)應(yīng)用的圖像質(zhì)量。使用高頻鎮(zhèn)流器可以幫助減少閃爍量，但不能完全消除。

光是一種高度準(zhǔn)直的光源，具有高強(qiáng)度，從而可以將它們安裝在距離待檢驗(yàn)物品一定距離的位置。目前有一種特殊類型的激光，稱為“二極管激光”，可以提供頻閃功能。

激光通常用于進(jìn)行距離測(cè)量，有時(shí)還進(jìn)行三維測(cè)量，但無法進(jìn)行高精度測(cè)量。激光傳統(tǒng)上非常昂貴，并且需要采取特殊的安全預(yù)防措施，因?yàn)樗鼈兛赡軒頋撛诘陌踩[患。如果您的應(yīng)用需要這種光源，光纖光學(xué)元件可以提供更安全的準(zhǔn)直光源選擇。

許多較舊的頻閃系統(tǒng)采用氙氣燈。氙氣適合提供頻閃功能，因?yàn)樗軌蛟诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)提供非常高的強(qiáng)度，從而產(chǎn)生 移動(dòng)停止的印象。但隨著時(shí)間的推移，氙氣頻閃的強(qiáng)度會(huì)降低，目前市場(chǎng)上很少使用氙氣光源。

一個(gè)更好的替代方案是使用二極發(fā)光管（LED）。這類光源是當(dāng)前機(jī)器視覺應(yīng)用中最常見的光源。它們具有非常長(zhǎng)的使用壽命，超過10000小時(shí)，并且提供頻閃功能，還可以連續(xù)開啟，不會(huì)產(chǎn)生熱量。

同時(shí)，LED使用起來非常安全、高效，您可以在市場(chǎng)上找到幾乎任何顏色或特定波長(zhǎng)的LED光源。雖然早期的 LED光源亮度有限，但現(xiàn)代的LED可以非常明亮（考慮一下有多少新型汽車正在使用LED外部照明）。

下面的圖表比較了不同的光源替代方案，以了解它們對(duì)于不同應(yīng)用的適用性。

集成光源

機(jī)器視覺用戶可以選擇購買含有集成光源的系統(tǒng)。集成光源簡(jiǎn)化了設(shè)置，并突出顯示特殊的元件或特征，無需購買、安裝和供電額外的光源。一些配有集成光源的視覺系統(tǒng)還提供使用軟件控制強(qiáng)度和光線頻閃的額外益處，無需額外的設(shè)備。由于無需外部光源和電源，配有集成光源的系統(tǒng)更容易在生產(chǎn)線上難以到達(dá)的空間內(nèi)安裝和使用。同時(shí)，集成光源還更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

總結(jié)

市場(chǎng)上有許多光源選項(xiàng)，也有許多不同的視覺系統(tǒng)構(gòu)建和定向方式。選擇適當(dāng)?shù)墓庠纯梢允箼C(jī)器的生產(chǎn)率產(chǎn)生顯著的變化。規(guī)劃一套新的自動(dòng)化檢驗(yàn)系統(tǒng)時(shí)，首先要做的是了解待檢驗(yàn)的元件——通過檢驗(yàn)元件，需要了解元件的哪些方 面。比如表面處理、顏色等。

同樣重要的是了解生產(chǎn)環(huán)境。然后，審查不同光源的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。選擇適當(dāng)?shù)墓庠春?，?一個(gè)決定是如何定位光源，以確保最大的有效性。通過適當(dāng) 的光源組合以及光源相對(duì)于元件的安裝方式，相機(jī)可以根據(jù) 需要忽略或強(qiáng)調(diào)元件特征，以確保生成清晰、一致的圖像， 從而滿足應(yīng)用的檢驗(yàn)需求。機(jī)器視覺專家可以幫助您確定最 佳光源和光源定位選擇，以滿足您的特定應(yīng)用需求。