机器视觉中光源选型的基本要素
机器视觉光源选型技巧及应用案例
光源选型技巧及应用案例光源选型技巧及应用案例用一句常说的话来开头：机器视觉是用机器代替人眼来做测量和判断；机器视觉系统主要包含相机、镜头、光源、图像处理系统和执行机构。
而光源作为其中重要组成部分，直接关系到系统的成败。
为什么这样说呢，在视觉系统中图像是核心，选择合适的光源能够呈现一幅好的图像，能够简化算法提高系统稳定性，一幅图像如果曝光过度则会隐藏很多重要的信息；出现阴影则会引起边缘误判；图像不均匀则会导致阈值选择困难。
因此要保证有较好的图像效果，就必须要选择一个合适的光源。
机器视觉涉及行业广泛包含电子、汽车、包装、印刷、食品、医疗等。
因而我们面临的检测产品也是多种多样:形状大小不同、颜色材质不一、检测环境和指标各异。
面对种类繁多要求各异的检测产品如何选择光源呢，我们先来看一下常见的光源特性。
目前理想的视觉光源有高频荧光灯、光纤卤素灯、氙气灯、LED 光源。
应用最多是LED光源，这里就详细介绍几种常见的LED光源。
1、环形光源：LED灯珠排布成环形与圆心轴成一定夹角，有不同照射角度、不同颜色等类型，可以突出物体的三维信息；解决多方向照明阴影问题；图像出现灯影情况可选配漫射板，让光线均匀扩散。
应用：螺丝尺寸缺陷检测，IC定位字符检测，电路板焊锡检查，显微镜照明等。
2、条形光源：LED灯珠排布成长条形。
多用于单边或多边以一定角度照射物体。
突出物体的边缘特征，可根据实际情况多条自由组合，照射角度与安装距离随有较好自由度。
适用较大结构被测物。
应用：电子元件缝隙检测，圆柱体表面缺陷检测，包装盒印刷检测，药水袋轮廓检测等。
3、同轴光源：经面光源采用分光镜设计。
适用于粗糙程度不同、反光强或不平整的表面区域，检测雕刻图案、裂缝、划伤、低反光与高反光区域分离、消除阴影等。
需要注意的是同轴光源经过分光设计有一定的光损失需要考虑亮度，并且不适用于大面积照射。
应用：玻璃和塑料膜轮廓和定位检测，IC字符及定位检测，晶片表面杂质和划痕检测等。
相机、镜头、光源如何选择（建议收藏）
相机、镜头、光源如何选择（建议收藏）机器视觉在跨多个学科的行业和研究领域实现了令人兴奋的新进展。
设计机器视觉系统似乎令人生畏，本文概述了机器视觉系统的不同方面，目的是帮助相机、镜头、光源的选择。
相机机器视觉相机中的传感器是一项技术，可从视场(FOV) 中的相应对象创建图像。
传感器是相机中规格最多的部分，它决定了相机的一些最重要的特性。
这些重要特性包括但不限于传感器尺寸、像素尺寸、光谱特性和快门类型。
由于适用于不同目的、应用和技术的相机型号种类繁多，因此了解相机的应用非常重要。
最常见的相机接口是通用串行总线(USB) 和千兆以太网 (GigE)，这些接口提供标准化的数据传输协议和软件兼容性。
此外，相机接口决定了数据传输速度和相机同步等规格USB 3.1 Gen 1 是一种通用接口，数据传输速率限制在 5 Gb/s 左右。
GigE 连接范围从 1000 Mb/s 到 10 Gb/s。
数据传输速度影响帧速率。
对于在FOV 中快速移动的物体，与USB 接口相关的更快数据传输速率可能是比 USB 接口更好的选择，尤其是对于实时视频捕获。
通常，USB 为相机供电。
默认情况下，大多数GigE 接口不为摄像机供电。
但是，某些 GigE 接口可以使用以太网供电 (PoE) 或输入/输出连接 (GPIO)。
这些 PoE 和 GPIO 接口将需要额外的电缆和电源。
传感器尺寸决定了FOV 的大小和系统的主要放大倍率(PMAG)。
图1 显示了用于传感器格式的命名约定，该命名约定基于1930 年代至 1990 年代用于电视摄像机的过时阴极射线摄像机管。
带有数字的命名约定不提供有关它们所指的传感器尺寸的直接信息。
但是，规格表上为成像镜头指定了最大传感器格式。
如果相机传感器大于镜头的最大传感器格式，则传感器边缘会变暗；这种现象称为渐晕。
在选择成像镜头时，传感器尺寸兼容性很重要。
主要用于机器视觉相机的传感器技术有两种。
CCD和CMOS传感器，两者都将光转换为电子信号。
机器视觉技术与应用实战-光源选型,打光方式和台架
（4）背光照射 特点：光源安置在与相机同轴且位于被测物体的后面。 背光方式用来突出显示不透明物体的外形轮廓， 所 以这种照明方式只适用于待测目标需要的信息可以从其轮廓中获得的场合。例如尺寸测量、 形状判断等。 （背光源、平行背光源）
《机器视觉技术与应用实战》
（5）多角度照射 特点：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（AOI光源）
• 观察实验法（Look and Experiment-最常用） 尝试使用不同类型光源在不同位置、角度照射物体，通过相机观察图
• 科像学。分析法（Scientific Analysis-最有效） 分析成像环境及客户需求，综合考虑推荐解决方法。
《机器视觉技术与应用实战》
光源选择的原则和标准
光源选择的原则 1.根据检测产品特征选择，一般选择光源的大小要比产品大，这样照射的光线才能覆盖到整个产品；选择的 光源的形状接近产品形状，可以让整个产品区域光照强度一致；光源颜色选择是要能够让检测目标与背景有 一定对比度，在黑白相机下使用与产品目标区域颜色接近的光源能够该区域呈现更高的灰度，反之则呈现较 低灰度；如果产品表面反光较强可以选用均匀性更好的无影光源，目标特征不明显则选用指向性或平行性更 好的光源。 2.根据机构要求，光源能够满足设备的安装空间，产线的速度快就需要选择亮度更高的光源；在特殊环境 （潮湿、高温）就需要考虑光源性能（防水、散热）。 3.实际测试，光源照射能够呈现有效对比度，也要保证各个区域的均匀性。一般在检测区域目标和背景一个 接近255灰度的峰值，这个时候对比度一般最高加强或减弱光源亮度都会影响对比度差值。当出现较好对比 图像时一定要把检测物体放在视野内的各个位置看看图像是否一致，这样才能保证在实际环境中的稳定性
光源选型原理及使用方法
光源选型原理及使用方法一、光源选型原理光源选型是指在特定的照明需求下，根据不同的光源特性和照明要求，选择合适的光源类型和参数。
光源选型的原理主要涉及以下几个方面：1. 照明需求分析：首先需要明确照明的具体需求，包括照明区域的大小、亮度要求、颜色温度要求等。
根据不同的照明需求，选择合适的光源类型。
2. 光源特性分析：不同类型的光源具有不同的特性，如光源的光效、色温、寿命、调光性能等。
通过对光源特性的分析，可以确定光源的适用范围和性能要求。
3. 光源效果评估：根据照明需求和光源特性，对光源的效果进行评估。
可以通过光源的光束角、光照度等参数来评估光源的照明效果。
4. 光源比较选择：将不同的光源类型进行比较，综合考虑其性能、成本、能耗等因素，选择最适合的光源类型。
二、光源选型使用方法光源选型的使用方法主要包括以下几个步骤：1. 确定照明需求：明确照明的具体需求，包括照明区域的大小、亮度要求、颜色温度要求等。
根据不同的照明需求，选择合适的光源类型。
2. 分析光源特性：对不同类型的光源进行特性分析，包括光源的光效、色温、寿命、调光性能等。
根据光源特性的分析，确定光源的适用范围和性能要求。
3. 评估光源效果：根据照明需求和光源特性，对光源的效果进行评估。
可以通过光源的光束角、光照度等参数来评估光源的照明效果。
4. 比较选择光源：将不同的光源类型进行比较，综合考虑其性能、成本、能耗等因素，选择最适合的光源类型。
可以通过查阅相关的产品资料、咨询专业人士等方式进行比较选择。
5. 考虑配套设备：在进行光源选型时，还需要考虑配套的照明设备，如灯具、驱动器等。
光源与配套设备的匹配性也是光源选型的重要考虑因素。
6. 考虑经济因素：在进行光源选型时，除了考虑照明需求和光源特性外，还需要考虑经济因素，包括光源的成本、能耗、维护成本等。
综合考虑照明效果和经济效益，选择性价比最高的光源类型。
总结：光源选型是根据照明需求和光源特性，选择合适的光源类型和参数的过程。
机器视觉光源选型的三大技巧
机器视觉光源选型的三大技巧
随着机器视觉技术的不断发展，光源在其中扮演着重要的角色。
光源的选型直接影响到图像质量、精度和稳定性等方面。
因此，在进行机器视觉光源选型时，需要掌握以下三大技巧：
1.光源亮度选择
光源亮度是指光源发出的光线强度。
在机器视觉应用中，选择合适的光源亮度可以提高图像的清晰度和对比度。
一般来说，光线越亮，对比度越高，但也需要根据实际应用场景进行选择，避免光线过于强烈影响图像质量。
2.光源波长选择
光源波长指光线的特定频率，不同的光源波长对不同的物体有不同的反射和吸收率。
因此，在选择光源波长时，需要考虑待检测物体的特性。
比如，红光可以更好地检测金属表面缺陷，蓝光可以更好地检测塑料零件的缺陷。
3.光源色温选择
光源色温是指光源发出的光线颜色的温度，一般用开尔文(K)来表示。
不同的色温对图像的色彩还原有着不同的影响，因此需要根据具体应用场景进行选择。
在一些要求色彩还原精度较高的场合，需要选择色温稳定的光源。
总之，机器视觉光源选型需要综合考虑多个因素，选择合适的光源才能提高机器视觉应用的效果。
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标准光源选型
无缺损工件，图像为 宜完整的无阴影圆形 亮环。
缺损工件，缺损处无
反射光线进入相机，
圆环内出现阴影。
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环形光高角度应用
明亮部分光路 示意
阴影部分光路 示意
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环形光低角度照射方式
产品特点： 90角度光源提供低角 度照射、更能突出物 体的物体表面轮廓 多种紧凑设计，节省 安装空间
示例：检测IC字符
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
环形光源内径太小，不 适合大视场的打光。出 现漏灯现象。
组合条形光源尺寸可根 据工件所需随意组合， 是大视场检测比较理想 的光源。
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RID球积分照明
示例：喷锡PCB板检测
产品特点： 具有积分效果的半球面 内壁，均匀反射从底部 360°发射出的光线，使 整个图像的照度十分均 匀。
应用领域： 适合于曲面，表面凹 凸，弧形表面检测 金属、玻璃表面反光较 强的物体表面检测
OPT光源选型技术要点
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目录
OPT公司简介 光源的重要性 打光的基础知识 OPT光源的照射方式 OPT非标光源 选择光源的步骤
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OPT公司简介
OPT公司2005年开始专业从事机器视觉光源设计/生产/销售. 设有对客户开放的视觉实验室 国内有13家合作伙伴 美国/新加坡/以色列等国有代理商 超过12000个实验案例 平均每周设计2款新光源 公司产品具20有多项专利
喷 锡 PCB 板 ， 焊 盘 表 面呈轻微凹凸状，普 通环形光照射，焊盘 图像呈现轻微阴影。
采用球积分无影光照 射，焊盘图像无阴影， 整幅图像对比度高。
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示例：手机字符检测
示例：易拉罐 底部字符检测
球积分打光，方向和广 度都十分均匀，键盘字 符很清晰背景形状基本 全部滤掉，没有影响。
标准光源选型
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案例二：RIH118W
示例：手机屏表面划伤检测
实验难点：手机表面反光，视 场稍大，高角度打光会在表面 出现倒影，无法辨认缺陷。低 角度打光会把工件表层的灰尘 照射出来，影响处理效果。
光 源 特 点：低角 度漫射 照明，可在不产生LED反 光的情况下，均匀照射 物体表面。
背光源从一侧打光，通 过镜面反射能看出表面 划伤，但是对比度不够， 而且具有局限性，有些 缺陷不能体现。 RIH118W 光源能均匀的 照射工件表面，不会形 成倒影，且从四面打光 过来，不会出现缺陷检 测不到的情况。
光源特点：光线从圆锥形发 光表面的各个角度照射，均 匀照射物体表面而没有阴影。 普通打光会在边缘地带 形成一个光圈，字符难 以辨认，对比度不够高。
RIU80W 光 源 漫 射 性 效 果好，能消除边缘的亮 环，适当打光不会在工 件表面形成光环，且能 凸显工件表面信息。 使得工件表面打光非常 均匀，字符清晰可见。
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环形光高角度照射方式
产品特点： 高角度光源提供高角度照射、不同 颜色组合，更能突出物体的物体表 面信息 高密度LED阵列，高亮度 多种紧凑设计，节省安装空间 解决对角照射阴影问题 可选配漫射板导光，光线均匀扩散
示例：玻璃管口缺损检测
应用领域： PCB基板检测 IC元件检测 显微镜照明 液晶校正 塑胶容器检测 集成电路印字检查
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使用波长进行检测
示例： 下面的图像比较 透过透明薄膜获取输送带中 芯片上的印刷图案。使用红 色照明获得的对比度高于使 用蓝色照明，因为前者透过 性更好（散射率更低）.
彩色相机，红色光源 照明
彩色相机，蓝色光源 照明
黑白相机，红色光源 照明
黑白相机，蓝色光源 照明
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光源选择——精选推荐
光源选择2.2.1 光源选择标准光源的选择标准如下：（1）光源均匀性要好，在有效的照射范围内，灰度值标准差要⼩；（2）具有较宽的光谱范围，可以对不同材料的物体进⾏检测；（3）光照强度要⾜够，提⾼信噪⽐，利于图像处理；（4）具有较长的使⽤寿命及较⾼的稳定性，要保障光源在长时间运⾏状态下能够持续稳定的提供照明环境；（5）成本低，易根据现场情况定制特殊形状光源。
2.2.2 光源的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。
常⽤光源及相关特性如表2.1所⽰。
表2.1 主要光源类型及其特性类型光效(lm/W)平均寿命/(h)⾊温/K特点卤素灯12~2410002800~3000发热量⼤，价格便宜，形体⼩荧光灯50~1201500~30003000~6000价格便宜，适⽤于⼤⾯积照射LED灯110~250100000全系列功耗低，发热⼩，使⽤寿命长，价格便宜，使⽤范围⼴氙灯150~33010005500~12000光照强度⾼，可连续快速点亮激光50000全系列具有良好的⽅向性、单⾊性与相⼲性其中，LED光源具有发热少、功耗低、寿命长、光谱范围宽、发光强度⾼等优点，且可组合多样化的外形。
因此，常使⽤LED作为照明光源。
2.2.3 颜⾊相关检测在某些特定的检测场合下，光源颜⾊的不同会对最后的成像结果产⽣不同的影响。
光源的颜⾊特性主要体现在以下两个⽅⾯：⾊表：⼈眼直接观察光源所看到的颜⾊，即光源发出光的颜⾊。
显⾊性：光源发出的光照到物体上后，反（透）射光显现物体颜⾊的能⼒。
根据光源的颜⾊特性，可以依据具体的检测⽬标来选择最合适的光源，不同颜⾊的光是由其波长决定的，光谱特性图如图2.1所⽰。
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机器视觉中光源选型的基本要素
在机器视觉中，获得一张高质量的可处理图像至关重要。
机器视觉系统之所以成功，首先要保证图像质量好，特征明显。
反之，如果图像质量不好，特征不明显，会使机器视觉系统变得不可靠或鲁棒性不高，甚至导致项目失败。
因此，光源选择技能是必须的，下面为大家介绍光源选型的基本要素：1. 光源颜色良好的光源颜色选择可以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，即，特征与其周围的区域之间有足够的灰度量区别，从而易于特征的区分。
为了最大程度区分被观察物和背景，通常选择互补色光源，例如，当被观察物为绿色时，选择红色光源背景能提高对比度。
当被观察物中混杂一些我们不希望看到的杂质时，通常选择与杂志颜色相同的背景光源颜色，这样可以在视觉效果上滤除杂质干扰。
检测微小尘粒时，紫外光是一个良好选择。
例如在晶片尘粒检测时，通常用到紫外光。
2. 照明方式良好的照明方式应该保证需要检测的特征突出于其他背景。
照明方式有很多中，例如前向照明、背向照明、同轴光照明等，根据不同的应用背景，不同的照明方式直接与项目成败相关。
当需要突出物体轮廓时，通常采用背向照明，即被观察物位于光源和高速相机之间。
多种方式的前向照明此外，在一些特殊应用场合，灵活使用定制的照明方式也很重要。
例如，为了节省光源和高速相机的摆放空间同时又达到光源从一定角度照射的效果，可使用反射镜，科天健自主研发的焊缝跟踪系统将高速相机和激光线发射器固定在一个小盒子内，通过一个反射镜改变激光线方向，使激光线和高速相机光轴方向呈大角度，以便针对焊缝进行激光三角测量。
焊缝跟踪照明系统3. 其他要素光源的亮度、鲁棒性也是光源选型中不可忽略的要素。
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。
当光源不够亮时，可能有三种不好的情况会出现。
第一，高速相机的信噪比不够；由于光源的亮度不够，图像的对比度必然不够，在图像上出现噪声的可能性也随即增大。
其次，光源的亮度不够，必然要加大光圈，从而减小了景深。
另外，当光源的亮度不够的时候，自然光等随机光对系统的影响会最大。
鲁棒性：是指光源是否对部件的位置敏感度最小。
当光源放置在摄像头视野的不同区域或不同角度时，结果图像应该不会随之变化。
方向性很强的光源，增大了对高亮区域的镜面反射。