光源的種類

在機器視覺系統(tǒng)中，通過適當(dāng)?shù)墓庠凑彰髟O(shè)計，使圖像中的目標信息與背景信息得到最佳分離，可以大大降低圖像處理算法分割、識別的難度，同時提高系統(tǒng)的定位、測量精度，使系統(tǒng)的可靠性和綜合性能得到提高；反之，如果光源設(shè)計不當(dāng)，會導(dǎo)致在圖像處理算法設(shè)計和成像系統(tǒng)設(shè)計中事倍功半。因此，光源及光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的成敗是決定系統(tǒng)成敗的首要因素。在機器視覺系統(tǒng)中，光源的作用至少有以下幾種：

①可以照亮目標，提高目標亮度;

②形成最有利于圖像處理的成像效果；

③克服環(huán)境光干擾，保證圖像的穩(wěn)定性；

④用作測量的工具或參照。

由于沒有通用的機器視覺照明設(shè)備，所以針對每個特定的應(yīng)用實例，要設(shè)計其相應(yīng)的照明裝置，以達到最佳的效果。機器視覺系統(tǒng)的光源的價值也正在于此。

通常，光源可以定義為：能夠產(chǎn)生光輻射的輻射源。光源一般可分為自然光源和人工光源。自然光源，如天體(地球、太陽、星體)、大氣；人工光源是人為將各種形式的能量(熱能、電能、化學(xué)能)轉(zhuǎn)化成光輻射的器件，其中利用電能產(chǎn)生光輻射的器件稱為電光源，根據(jù)光源的發(fā)光機理不同，可以分為高頻熒光燈、鹵素?zé)?光纖光源)、發(fā)光二極管(LED)光源、氣體放電燈、激光二極管LD。

(1)高頻熒光燈

高頻熒光燈的發(fā)光原理和日光燈類似，只是燈管是工業(yè)級產(chǎn)品，并且采用高頻電源，也就是光源閃爍的頻率遠高于相機采集圖像的頻率，消除圖像的閃爍。適合大面積照明，亮度高，且成本較低。但需要隔一定時間換燈管，國外高頻燈管最快可做到60kHz。

(2)鹵素?zé)?/span>

鹵素?zé)粢步泄饫w光源，因為光線是通過光纖傳輸?shù)模m合小范圍的高亮度照明。它真正發(fā)光的是鹵素?zé)襞荩β屎艽?，可達100多瓦。高亮度鹵素?zé)襞荩ㄟ^光學(xué)反射和一個專門的透鏡系統(tǒng)，進一步聚焦提高光源亮度。鹵素?zé)暨€稱為冷光源，因為通過光纖傳輸之后，出光的這一端是不發(fā)熱的。適合對環(huán)境溫度比較敏感的場合，比如二次元量測儀的照明。但它的缺點就是鹵素?zé)襞莸膲勖挥?000h左右。

(3)發(fā)光二極管(LED)光源

LED(Light Emitting Diode)是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的核心是一個半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個“PN結(jié)”。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成PN結(jié)的材料決定的。LED光源的優(yōu)點有：體積小，重量輕，便于集成；工作電壓低，耗電少，驅(qū)動簡便，容易實現(xiàn)計算機控制；比普通光源單色性好，有多種顏色可選，包括紅、綠、藍、白，還有紅外、紫外，針對不同檢測物體的表面特征和材質(zhì)，選用不同顏色，也就是不同波長的光源，達到理想效果；發(fā)光亮度高，發(fā)光效率高，亮度便于調(diào)整；壽命長，可達到10000～30000h、響應(yīng)快(短于1μs)；由于LED光源是采用多顆LED排列而成，可以設(shè)計成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)不同的光源照射角度。

下圖為三種光源性能指標的綜合評價。

機器視覺系統(tǒng)分為2D視覺系統(tǒng)和3D視覺系統(tǒng)，在計算機、光學(xué)、電子、人工智能、汽車等行業(yè)都有廣泛應(yīng)用。在汽車行業(yè)，3D視覺檢測系統(tǒng)可以檢測汽車連接器Pin針檢測，可快速準確高效的確定位置錯誤的引腳。在一些不適合人們作業(yè)的危險工作環(huán)境和人工視覺無法滿足要求的場合、機器視覺可以代替人工視覺完成工作。