一文带你了解机器视觉系统光源

视觉检测系统在智能制造领域的使用非常的普遍，一套完整的视觉检测系统主要包含图像采集部分和图像分析部分，而图像采集部分主要有工业相机、工业镜头以及机器视觉光源承担，今天我们主要介绍机器视觉光源的相关基础知识、光源选择以及工作流程。

一、机器视觉基础知识

1. 照射方式

选择不同的光源，控制和调节照射到物体上的入射光的方向是机器视觉系统设计的基本的参数，它取决于光源的类型和相对于物体放置的位置，一般来说有二种最基本的方式：直射光和漫射光，所有其它的方式都是从这二种方法中延伸出来的。
 
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；
漫射光：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；

2. 反射方式

物体反射光线有两种不同的反射特性：直反射和漫反射。
 
直反射：光线的反射角等于入射角。直反射有时用途很大，有时又可能产生极强的眩耀。在大多数情况应避免镜面反射。
 
漫反散：照射到物体上的光从各个方向漫散出去。在大多数实际情况下，漫散光在某个角度范围内形成，并取决于入射光的角度。
 
3. 颜色

光谱中很大的一部分电磁波谱是人眼可见的，在这个波长范围内的电磁辐射被称作可见光，范围在 400nm 至 760nm 之间（有的人可以观测到 380nm-780nm），即从紫色 380nm 到红色 780nm。
 
色环就是在可见光光谱中的色彩进行排序，形成红色连接到另一端的紫色，机器视觉种应用到色环通常包括 6 种不同的颜色，分为两大类：暖色和冷色，暖色由红色调构成，冷色来自于蓝色调，通常用相反色温的光线照射，图像可以达到最高级别的对比度，相同色温的光线照射，可以有效滤除，因此灵活利用色温特性，对我们选择光源很有帮助。
 
4. 明视场和暗视场

明视场是最常用的照明方案，采用正面直射光照射形成，而暗视场主要由低角度或背光照明形成，对于不同项目检测需求，选择不同类型的照明方式，一般来说暗视场会使背景呈现黑暗，而被检物体则呈现明亮。
 
5. 光源分类

目前主要有以下集中分类方式：

（1）颜色

常用光源颜色集中在可见光范围，主要有白光（复合光）、红色、蓝色、绿色，另外红外光也比较普及，而紫外光由于各种原因，应用较少；
 
（2）外形

各厂家会根据不同光源外形特性进行分类，也是目前的主流分类，比如环形光源、环形低角度光源、条形光源、圆顶光源（碗光源 / 穹顶光源）、面光源等；
 
（3）工作原理 / 特性

不同的应用方式或者原理进行分类，主要有无影光源、同轴光源、点光源、线光源、背光源、组合光源以及结构光源等。

二、选择合适的机器视觉光源的方法
那该如何选择合适的机器视觉光源呢?其实，在选择机器视觉光源进行图像处理时可分为以下三个步骤：

1. 确定光源类型

光源类型包括镜面反射、漫反射及透射光。确认检验特征是检测瑕疵还是形状，或者是检查表面是否平整、翘曲或不平，根据不同的检测应用来选择合适的光源类型。
 
2. 确定光源装置的形状与大小

检查目标的尺寸与安装条件，以便确定光源装置的形状与大小。
 
3. 确定光源的颜色（波长）

检查目标与背景的材质和颜色来确定光源的颜色(波长)。

三、机器视觉光源的主要工作过程

1. 工件定位检测器探测到物体已经运动至接近摄像系统的视野中心，向图像采集部分发送触发脉冲。
 
2. 图像采集部分按照事先设定的程序和延时，分别向摄像机和照明系统发出启 动脉冲。
 
3. 摄像机停止目前的扫描，重新开始新的一帧扫描，或者摄像机在启动脉冲来到之前处于等待状态，启动脉冲到来后启动一帧扫描。

4. 摄像机开始新的一帧扫描之前打开曝光机构，曝光时间可以事先设定。
 
5. 另一个启动脉冲打开灯光照明，灯光的开启时间应该与摄像机的曝光时间匹配。
 
6. 摄像机曝光后，正式开始一帧图像的扫描和输出。
 
7. 图像采集部分接收模拟视频信号通过 A/D 将其数字化，或者是直接接收摄像 机数字化后的数字视频数据。
 
8. 图像采集部分将数字图像存放在处理器或计算机的内存中。
 
9. 处理器对图像进行处理、分析、识别，获得测量结果或逻辑控制值。
 
10. 处理结果控制流水线的动作、进行定位、纠正运动的误差等。