机器视觉系统不同检测场景的光源选择技巧

机器视觉的照明系统可以将被测物特征最大化，并减少相应的背景中对比物的影响，使高速相机可以清晰地“看见”被测物。高对比的图像可以降低系统难度并提高系统的稳定性；反之，低对比的图像会增加系统的处理时间并使加大系统的复杂度。机器视觉应用的成功很大一部分取决于照明设置，一个合适的照明系统可以使整个视觉检测系统更具有效率和准确性。下面小新将介绍机器在不同检测场景中光源的选择技巧：

一：使用强光检测缺失的材料

光场照明技术适用于检测表面光滑的物体。当物体表面纹理光滑，光照在被测物表面会产生镜面反射，强烈的反射光直接被高速相机接收，视场中出现一个明亮区域；当被测物表面缺失，存在粗糙的纹理时，散射光远离高速相机，视场中会出现黑暗区域。

图1：好的工件：高速相机拍摄出完整环形区域；缺失的工件：确实的部分呈现暗区域

二：使用合适的波长进行精确定位

适当颜色的光源照射在电路板上，能使特定的电路板部件反射明亮的光，而错误安装的部件会吸收光而呈现出暗色。机器视觉系统能够迅速识别这些错误。在这种应用中，采用同轴照明技术及蓝色光源。蓝色波长（460纳米）能明显区分银和铜表面：铜吸收蓝光，出现暗色，银反射蓝光，出现亮色。

图2：采用460纳米的蓝色光波能够区分铜和银表面

三：使用非散射照明检测玻璃裂缝

非散射的阵列照明可以用于凸显透明玻璃上的缺陷。在该应用中，暗背景下，非散射性暗视场照明能够凸显被测物特征，使裂纹呈现亮色。光线在高速相机的视场外的暗场照射透明玻璃。大多数光线能够穿透透明玻璃而使高速相机无法察觉，当玻璃表面存在中空的裂缝时，光线会折射、反射、散射到很多方向，从而，一部分光线会被高速相机捕获。而当照明光是散射光时，很难使裂缝呈现亮色。

图3：采用非散射性的暗场照明能检测玻璃表面裂纹

四：使用扩散光检查透明包装

检测药片塑料包装中的缺失、损坏或不正确是确保成品药品质量的重要检查步骤。照亮包裹药片的塑料包装通常是一个艰难的挑战。在该应用中，采用白色LED灯进行阴天照明（CDI: Cloudy Day Illumination）。这种阴天照明方式能够使药物的塑料包装膜呈现透明的颜色，而其中的药物则呈现出高对比度的中性色。

这种连续的漫反射照明技术，强调表面纹理和高度的变化。这种照明方式提供了一个超大立体角，使光线能够从多个角度照射到被测物，从而消除了典型的单向或单平面光源的反射和阴影。

图4：使用扩散光源可检查透明包装

五：使用颜色来创建对比度

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。以色轮为参考，采用色轮上相对的颜色能突出被照物。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。

图5：色轮及互补光源的应用

六：使用频闪光照射快速移动的物体

当被摄物快速移动使拍摄图像变得模糊时，通常采用频闪光照明。当拍摄图像最大的模糊程度为1像素时，采用如下公式选择频闪灯：

频闪灯闪烁时间= (视场宽度（in）* 像素) / 被照物移动速度（in/s）

在该公式中，视场宽度和像素都指的是被照物运动方向轴上的量。例如，当视场宽度为1 inch, 图像像素为640 pixel，被测物移动速度为500 inch/s, 则频闪光照明时间应为3.1µs。

图6：频闪照明计算公式

七：用红外线来消除反射

机器视觉系统检测通常依赖图像上灰度级数的差异进行识别。在许多应用中，环境光会造成很多不必要的反射而干扰视觉系统的检测，而红外光源能够解决这个问题。

图7：采用红外光照明能消除不必要的环境光反射

八：使用红外线来减少颜色变化

红外光可用于减少彩色物体间的灰度差异。深色的物体能够吸收红外光波，这种照明解决方案有利于检测存在颜色或阴影的变化情况物体的不一致性。

图8：红外光能减少彩色物体间的灰度差异

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