作者: 老张

  • 机器视觉系统之 照明选择基础

    图像处理是通过计算像素浓度数据的变化进行检测的处理,要实现稳定检测,需要拍摄清晰的图像。照明的选择是决定图像处理检测性能的重要因素。

    选择照明的三个步骤:

    1. 选择照明的方式(镜面反射光、漫反射光、透射光等)

    • 观察检测部位的特点(损伤、形状、有无等)。
    • 观察表面(平面、曲面、是否有凹凸不平等)加以决定。

    2. 选择照明的方法*形状

    • 根据工件条件、设置条件等加以决定:环形光、低角度光、同轴光、碗光等。

    3. 选择照明的颜色(波长)

    • 根据工件和背景的材料、颜色等加以决定:蓝色、红色、白色等。

    第一步、(镜面反射、漫反射与透射)

    LED 照明种类繁多,大体上可以分为如下三种。

    • 镜面反射型:镜头接收的光线是来自拍摄对象的镜面反射光线。
    • 漫反射型:避开来自拍摄对象的镜面反射光,而接收整体、均一的光线。
    • 透射型:接收来自拍摄对象背景的光线。是一种检测轮廓的照明方式。

    (1)镜面反射图像例 金属表面的刻印缺印检查

    金属表面容易反射光线,因此最好是利用镜面反射光来强调表面与刻印之间的反差。

    (2)漫反射图像例 透明胶带内部的晶片刻印检查

    透明带不会产生镜面反射,因此可以选择斜向照射的漫反射光。

    (3)透射图像例 无纺布异物检查

    虽然利用反射光难以观察到异物,但是只要异物的厚度、颜色与工件之间存在差异,则可以通过采用来自工件背面的透射光使异物的黑色阴影显现出来。

    选择照明的第一步是根据工件的形状及检查目的,确定镜面反射、漫反射、透射等照明方式。下一步是选择照明的尺寸及光线颜色,以确保所得到的图像适于检查目的。

    第二步、(确定照明方法与光线形状)

    (1)镜面反射图像例 玻璃端面欠缺检查

    • 玻璃表面会映射照明光线。
    • 需要强调玻璃与背景之间的反差。
    • 建议使光线垂直照在工件上。
    • 应确保工件上方有一定空间。

    选择同轴入射照明是最适宜的。

    (2)漫反射检查例 橡胶密封圈欠缺检查

    • 工件是用黑色橡胶制成的,因此不会发生镜面反射。
    • 欠缺部分也是黑色的,同样不会发生镜面反射。
    • 如果采用某种镜面照射角度,使欠缺部分发生镜面反射,则可以达到检查目的。
    • 可使光源接近工件。

    选择低角度照明是最适宜的。

    (3)透射检查例 引脚形状检查

    • 工件是金属材料制成的,表面凹凸不平,不能产生均匀的镜面反射。
    • 如使用透射光,则可以去除表面凹凸不平的影响,从而实现边缘检查。
    • 工件背面可以设置光源。

    在选择了镜面反射、漫反射或透射等照明方式后,根据检查目的、背景、周围环境等确定照明类型。
    一般说来,镜面反射可选择同轴入射照明、环形照明或条型照明,漫反射可选择低角度照明、环形照明或条型照明,透射可选择面照明或条型照明。其中环形照明及条型照明的设置距离更加灵活,因此应用范围更广。

    第三步、(决定光线颜色及波长)

    最后根据工件及背景来选择光源颜色。
    使用彩色照相机时一般会使用白光。如果使用黑白照相机,则需要掌握下面介绍的知识。

    1. 利用补色进行检测

    为了检测纸箱中是否有红色包装的点心,分别使用了白色、红色及蓝色的 LED 光源。下图所示为三种光源造成的对比度差异。

    2. 利用波长进行检测

    透过包装薄膜拍摄晶片上的刻印文字。与蓝色相比,选择薄膜透射率更高(散射率较低)的红色光源可以产生更好的反差。

    波长不同的光线具有不同的颜色、透射率(例如波长较大的红色光线具有较高的透射率)、散射率(例如波长较小的蓝色光线具有较大的散射率)等特性。