机器视觉光源选型及应用案例(PDF59页)
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。
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
机器视觉光源
当我们需要得到高对比度物体图像的时候，这 种类型的光很有效。但是当我们用它照在光亮 或反射的材料上时，会引起像镜面的反光。通 用照明一般采用环状或点状照明。环灯是一种 常用的通用照明方式，其很容易安装在镜头， 可给漫反射表面提供足够的照明。
机器视觉专业图像采集产品及设备供应商
直射光：入射光基本上来自一个方向，射角小，它能投射出物体阴影 散射光：入射光来自多个方向，甚至于所有的方向，它不会投射出明显的阴影
机器视觉专业图像采集产品及设备供应商
LED光源
• 机器视觉光源照明技术基础知识
光谱：光是由单一的或多种成份的光谱组成
的，例如日光的光谱就是由从红外到紫外的 所有光谱组成的，人眼能感觉的光谱范围在 380nm至780nm之间，即从红色780nm到紫 色380nm。
机器视觉专业图像采集产品及设备供应商
LED光源
• 机器视觉光源的分类和选型
以光源的外形来分类
• • • • • •
条状光源 环状光源 碗状光源 同轴光源 方形光源 点光源
环形直射光 环形漫反射光 环形低角度光 方形低角度光源 方形低角度漫射 方形直射
机器视觉专业图像采集产品及设备供应商
LED光源
• 机器视觉光源的分类和选型
针对具体的应用，从众多的方案中选择一个最好的照明系统是整个图像处理系 统稳定工作的关键。遗憾的是，没有一个通用的照明系统能够适应各种场合。 但由于LED光源多形状及多颜色等特点，我们还是找到一些选光源的方法:
观察试验法(Look and Experiment-最常用的) 尝试着用不同类型的光源在不同的位置照射物体，然后通过相机观察图像 科学分析法(Scientific Analysis-最有效的) 分析成像的环境，推荐最好的解决方法。
机器视觉光源选型技巧与配光技术
迷你-模拟控制器（APC2424-1/2M)
命名规则
LTS
APC
24
24
1/2
M
迷你型
模拟控制器 电压
总功率 通道数
体积小不带外触发， 不带数字显示屏 单路最大功率24W
性价比高，便于控制成本
标准-模拟控制器（APC2424-1/2/4)
命名规则
LTS
APC
24
24
1/2/4
电
模拟控制器 电压
两条条光源照射
组合条光源照射
多用于大面积照射应用
视觉光源类型
环形/回型背光源
中间开圆形口(环形)
中间开方形口(回型)
PCB板或大面积(图为电池) 等检测，尺寸可定制
视觉光源应用
光源选用效果对比
回条型光背源光照源射照射
组合条光源照射
视觉光源类型
同轴光源
印刷条码字符检测
亮度较弱，照射面积不能太大 应用领域：
多色多角 度照射，能 准确反映物 体表面坡度 信息
电路板焊锡检测
37
视觉光源类型
定制光源
2米大背光，3米线光，根据客户要求进行各种定制
2米大背光源
3米长线光源
红外光应用
染料颜色过滤
白色前光
红外低角度前光
红外强背光
39
紫外光应用
激发荧光、高散射率
40
不同波长的光聚焦位置会有差异
不同物体（玻璃）对不同波长的光折射率不同，在不同波长光 照下，镜头的焦平面也不同，消色差镜头的能力总是有限的。
白色条形光效果
白色环形光效果
光源选型介绍
光源选型案例
蓝色条光效果 红色条光效果
机器视觉光源选型
机器视觉光源在机器视觉系统中，获得一张高质量的可处理的图像是至关重要。
系统之所以成功，首先要保证图像质量好，特征明显。
一个机器视觉项目之所以失败，大部分情况是由于图像质量。
•目的：将被测物体与背景尽量明显分别，获得高品质、高对比度的图•地位 ：机器视觉三大技术（采像技术，处理技术，运动控制技术）之一· 重要性：直接影响系统的成败，处理精度和速度透明矿泉水瓶表面日期检测，通过打光使得原本不易区分的字符与背景区分开来，取得图像对比度。
色温波长照度灰度值色温是按绝对黑体来定义的，绝对黑体的辐射和光源在可见区的辐射完全相同时，此时黑体的温度就称此光源的色温。
低色温光源的特征是能量分布中，红辐射相对来说要多些，通常称为“暖光”；色温提高后，能量分布中，蓝辐射的比例增加，通常称为“冷光”。
指波在一个振动周期内传播的距离。
也就是沿着波的传播方向，相邻两个振动位相相差2π的点之间的距离。
波长λ等于波速V和周期T的乘积，即λ=VT。
同一频率的波在不同介质中以不同速度传播，所以波长也不同。
光照强度是指单位面积上所接受可见光的能量，简称照度[1] ，单位勒克斯（Lux或Lx）。
为物理术语，用于指示光照的强弱和物体表面积被照明程度的量。
指黑白图像中点的颜色深度，范围一般从0到255，白色为255，黑色为0，故黑白图片也称灰度图像，在医学、图像识别领域有很广泛的用途。
关键词基本概念基本概念波长VLight光源标准波长为：红光：625nm绿光：525nm蓝光：425nm紫外：375nm红外：850nm/940nm光源的种第一节 环形光源类与特点VLHX SERIESVlight环形光源涵盖0度，15度，30度，45度，60度，75度，90度打光案例环形光源一副好图片要满足：1，均匀性好：整幅图片的背景灰度值不能有过大差异2，对比度强：图像中需要提取的特征与背景的灰度值差值要大检测啤酒瓶盖隐形二维码，用环形UV光源取得效果检测金属工件表面激光字符，30度蓝色环形光源取得效果检测金属圆环的同心度，要求使用正面光，背景为反光金属，使用90度蓝色环形光源取得效果检测塑料大米袋表面字符，使用90度红色环形光取得效果图光源的种第二节 条形光源类与特点VLTX SERIESVlight条形光源分为三个系列，VLTX2（3排led）,VLTX3(6排led)，VLTXX2（加长3排led）打光案例条形光源一副好图片要满足：1，均匀性好：整幅图片的背景灰度值不能有过大差异2，对比度强：图像中需要提取的特征与背景的灰度值差值要大插针定位，使用四根六排条形光45度打光，取得理想效果图布匹检测，有无勾丝，污点使用4根白色条形光取得效果图包装盒表面字符检测，表面有镀膜，较为反光，使用4根白色环形光源远距离低角度打光，取得效果包装盒表面字符检测，表面有镀膜，较为反光，使用4根白色环形光源远距离低角度打光，取得效果光源的种第三节 Dome碗型光源类与特点VLBWG SERIES碗型光源打光案例一副好图片要满足：1，均匀性好：整幅图片的背景灰度值不能有过大差异2，对比度强：图像中需要提取的特征与背景的灰度值差值要大同时检测4个易拉罐底部二维码，使用外径262碗灯取得效果图。
机器视觉中光源的特点及选择应用
机器视觉中光源的特点及选择应用机器视觉是一种通过光学传感器等多种手段来捕捉并分析图像，从而实现自动检测及控制等自动化技术。
在机器视觉中，光源是至关重要的一个因素，光源的优劣与光源的选择将直接影响到图像获取的适宜性、成像质量以及处理效果等方面。
因此，本文将就机器视觉中光源的特点及选择应用进行详细地阐述。
1. 光源的种类在机器视觉中，可用的光源有多种类型，包括荧光灯、氙气灯、钨丝灯、LED灯等。
2. 光源的颜色光源的颜色对于图像的选择至关重要。
根据颜色的温度，可将光源分为冷光源和暖光源。
冷光源比较适合于追求精度和高亮度的应用，而暖光源则更多用于温和的应用以及成像效果对色彩的要求较高的领域。
3. 光源的亮度亮度是光源的一个非常关键的因素，可以通过灯泡的大小体积、功率等来进行调节。
在机器视觉中，光源的亮度决定了图像的清晰度和细节度。
一般来说，在机器视觉的应用中，需要对光源进行定制，以便实现对图像所需的光源强度的精确控制。
4. 光源的形式光源的形式决定了光束的散发结构及其能达到的场景范围。
常见的光源形式有点光源、线状光源及面散光源。
这些不同形式的光源适用不同的应用场景。
5. 光源的选择在进行光源的选择时，需要考虑到以下几个因素：1) 场景条件：光线越暗，光线控制就越需要得到侧重。
2) 对象的表面：不同的表面有不同的反光性，因此选择适宜的光源对于获得明确的成像效果是至关重要的。
3) 采集设备的类型：不同的摄像头有不同的基础要求，因此在进行光源的选择时需要根据采集设备的具体特点进行选择。
总之，机器视觉的光源对于机器视觉的应用以及图像处理有着非常大的影响。
因此在进行机器视觉设计及实践中，需要根据具体的采集目标，从多个角度出发综合考虑各因素，以便获得适宜的成像效果。
视觉光源资料及应用
环形光源 MR-DR series
照明结构
环形 DR##-A00 照明结构图
环形 DR##-A15 到 45 度角度照明结构图
角度示意图
环形光源角度是出光线与光源旋转主光轴的夹角。
选型指南
MR
DR
##
A##
R/G/B/W
默然产品 环形光源 光源外径 发光角度 颜色
光源参数表（电压均为 24V）
1
0.7W 1.2W 37 15 24 22
2
1.7W 2.3W 50 15 40 22
3
2.3W 3.6W 70 35 50 22
3
5.1W 8.1W 90 45 70 22
4
6.1W 9.2W 100 50 80 22
5
7.3W 12.1W 120 50 100 22
6
图号 1
上海默然光电有限公司
3
1
4.2W 7.1W 120 90 104 23
3
7.8W 13.1W 150 112 140 23
4
9.2W 15.8W 180 142 165 26
4
11.5W 18.6W 200 160 180 26
4
上海默然光电有限公司
MR-DR40-A90-
0.4W 0.6W 40 12 25 10.5 1
MR-DR150-A00-
12.5W 20.8W 150 25 130 22
9
MR-DR34-A15-
0.7W 1.2W 37 15 24 22
2
MR-DR40-A15-
1.8W 2.5W 42 15 30 21
2
15 度 MR-DR50-A15-
机器视觉光源选型及应用案例
机器视觉硬件选型及应用案例烟台致瑞图像技术有限公司高志伟机器视觉典型结构机器视觉技术核心输出特征提取预处理采集图像机器视觉技术主要包括图像采集和图像处理两个过程，整体以图像为中心展开，如何得到一副好的图像，是关乎整个系统成败的关键。
图像采集器件选择相机•分辨率•感光性能•其它镜头•视野•畸变•分辨率•其它光源•成像效果•空间限制•其它配件•滤光•偏振•转向•……相机选型1.根据项目精度要求，确定相机分辨率；2.考虑相机帧率是否满足要求；3.根据项目情况选择合适的数据传输接口；4.确定使用黑白相机还是彩色相机；5.尺寸大小等其他问题。
镜头选型1.根据相机芯片大小和工作空间限制确定使用镜头的焦距或者放大倍数；2.考虑是否需要选用远心镜头；3.确定镜头分辨率；4.确定畸变率能否满足要求；5.景深是否满足要求；6.镜头是否兼容相机芯片尺寸；7.超大视野或超小视野；8.是否需要考虑透过光谱；9.镜头是否要配合其他配件；10.价格是否合理等其他问题。
光源选型Ø了解项目需求，明确要检测或者测量的目标；Ø分析目标与背景的区别，找出两者之间最可能差异大的光学现象；Ø根据光源与目标之间的配合关系，初步确定光源的发光类型；Ø拿实际光源测试，以确定满足要求的打光方式；Ø根据具体情况，确定适用于客户的产品。
常用经典配光方式方向漫射背光平行背光暗场配光明场配光无影光光谱白光单色光混合光近红外近紫外光波动光谱方向背光应用主要用于边缘提取、透明体内部不透明体检测、贯穿型缺陷检测、狭缝和通孔内杂质检测锯齿缺陷检测按键位置检测检测饮料瓶封装检测马达转子检测漫射背光存在的问题和解决办法暗场配光-低角度照射取、冲压、浇铸、浮雕图案识别与检测，光滑表面划伤、裂痕检测低角度照射-常用光源明场配光-高角度照射主要用于表面粗糙程度不同区域的区分、边缘或内部有垂直断差或者比较陡峭（超过60度）边缘检测或测量、光滑表面雕刻图案、裂缝、划伤、低反光与高反光区域分离等高角度照射-常用光源无影光应用可以避免弯曲表面导致的不均匀无影光胶囊缺陷检测平面无影光-银行卡平面无影光-银行卡案例目录偏振光应用ITO电路检测与定位多通道光源应用多向可控连续分布光源图形结构光应用裸板AOI大幅面表面检测偏振光应用偏振片（偏光片）自然光入射折射光垂直于反射光反射光为线偏振光Brewster定律自然光入射线偏振片线偏振光圆偏振片=线偏振片+1/4波片(45度)光入射圆偏振光偏振光应用反光偏振光应用反光贴膜旋光方案目录偏振光应用ITO电路检测与定位多通道光源应用多向可控连续分布光源图形结构光应用裸板AOI大幅面表面检测ITO电路检测与定位ITO(铟锡金属氧化物)具有很好的导电性和透明性，可以切断对人体有害的电子辐射、紫外线及远红外线，铟锡氧化物通常喷涂在玻璃、塑料及电子显示屏上，用作透明导电薄膜，同时减少对人体有害的电子辐射及紫外、红外辐射。
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机器视觉硬件选型及应用案例
烟台致瑞图像技术有限公司
高志伟
机器视觉典型结构
机器视觉技术核心
输出特征提取预处理采集
图像
机器视觉技术主要包括图
像采集和图像处理两个过程，整体以图像为中心展开，如何得到一副好的图像，是关乎整个系统成败的关键。
图像采集器件选择
相机
•分辨率•感光性能•
其它
镜头
•
视野•畸变•分辨率•其它
光源
•成像效果•空间限制•其它
配件
•滤光•偏振•转向•……
相机选型
1.根据项目精度要求，确定相机分辨率；
2.考虑相机帧率是否满足要求；
3.根据项目情况选择合适的数据传输接口；
4.确定使用黑白相机还是彩色相机；
5.尺寸大小等其他问题。
镜头选型
1.根据相机芯片大小和工作空间限制确定使用镜头的焦距或者放大倍数；
2.考虑是否需要选用远心镜头；
3.确定镜头分辨率；
4.确定畸变率能否满足要求；
5.景深是否满足要求；
6.镜头是否兼容相机芯片尺寸；
7.超大视野或超小视野；
8.是否需要考虑透过光谱；
9.镜头是否要配合其他配件；
10.价格是否合理等其他问题。
光源选型
Ø了解项目需求，明确要检测或者测量的目标；
Ø分析目标与背景的区别，找出两者之间最可能差异大的光学现象；
Ø根据光源与目标之间的配合关系，初步确定光源的发光类型；
Ø拿实际光源测试，以确定满足要求的打光方式；
Ø根据具体情况，确定适用于客户的产品。
常用经典配光方式
方向
漫射背光
平行背光
暗场配光
明场配光无影光
光谱
白光
单色光
混合光
近红外近紫外
光
波动
光谱
方向
背光应用
主要用于边缘提取、透明体内部不透明体检测、贯穿型缺陷检测、狭缝和通孔内杂质检测锯齿缺陷检测按键位置检测检测
饮料瓶封装检测马达转子检测
漫射背光存在的问题和解决办法
暗场配光-低角度照射
取、冲压、浇铸、浮雕图案识别与检测，光滑表面划伤、裂痕检测
低角度照射-常用光源
明场配光-高角度照射
主要用于表面粗糙程度不同区域的区分、边缘
或内部有垂直断差或者比较陡峭（超过60度）边
缘检测或测量、光滑表面雕刻图案、裂缝、划伤、
低反光与高反光区域分离等
高角度照射-常用光源
无影光应用
可以避免弯曲表面导致的不均匀
无影光胶囊缺陷检测
平面无影光-银行卡
平面无影光-银行卡
案例目录
偏振光应用
ITO电路检测与定位多通道光源应用
多向可控连续分布光源图形结构光应用裸板AOI
大幅面表面检测
偏振光应用偏振片（偏光片）
自然光入射
折射光垂直于反射光
反射光为线偏振光
Brewster定律
自然光入射
线偏振片
线偏振光
圆偏振片=线偏振片+1/4波片(45度)光入射圆偏振光
偏振光应用反光
偏振光应用反光贴膜旋光
方案目录
偏振光应用
ITO电路检测与定位多通道光源应用
多向可控连续分布光源图形结构光应用裸板AOI
大幅面表面检测
ITO电路检测与定位
ITO(铟锡金属氧化物)具有很好的导电性和透明性，可
以切断对人体有害的电子辐射、紫外线及远红外线，铟锡氧化
物通常喷涂在玻璃、塑料及电子显示屏上，用作透明导电薄膜，
同时减少对人体有害的电子辐射及紫外、红外辐射。
OGS（One
glass solution)结构：在保护玻璃上直接形成ITO导电膜及传
感器的技术。
一块玻璃同时起到保护玻璃和触摸传感器的双重
作用
ITO电路检测与定位Indium Tin Oxides
紫外、红外与ITO 反射谱
方案目录
偏振光应用
ITO电路检测与定位多通道光源应用
多向可控连续分布光源图形结构光应用裸板AOI
大幅面表面检测
多通道光源应用
多通道光源应用
多通道光源应用
方案目录
偏振光应用
ITO电路检测与定位多通道光源应用
多向可控连续分布光源图形结构光应用裸板AOI
大幅面表面检测
多向可控连续分布光源
多向可控连续分布光源
多向可控连续分布光源
方案目录
偏振光应用
ITO电路检测与定位多通道光源应用
多向可控连续分布光源图形结构光应用裸板AOI
大幅面表面检测
图形结构光应用
透射型
反射型
面光源
光栅片分光镜待测产品
高反光表面局部弯曲或正反识别
效果图
方案目录
偏振光应用
ITO电路检测与定位多通道光源应用
多向可控连续分布光源图形结构光应用裸板AOI
大幅面表面检测
线阵应用-裸板AOI
42
会有阴影
线阵应用-裸板AOI
43
高度反光
线阵应用-裸板AOI
线阵应用-裸板AOI
L
最新选择_拱形光+同轴
最终效果
方案目录
偏振光应用
ITO电路检测与定位多通道光源应用
多向可控连续分布光源图形结构光应用裸板AOI
大幅面表面检测
大幅面表面检测。