光源的種類(lèi)

在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中，通過(guò)適當(dāng)?shù)墓庠凑彰髟O(shè)計(jì)，使圖像中的目標(biāo)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(shí)別的難度，同時(shí)提高系統(tǒng)的定位、測(cè)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(jì)不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致在圖像處理算法設(shè)計(jì)和成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)中事倍功半。因此，光源及光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗是決定系統(tǒng)成敗的首要因素。在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中，光源的作用至少有以下幾種：

①可以照亮目標(biāo)，提高目標(biāo)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(cè)量的工具或參照。

由于沒(méi)有通用的機(jī)器視覺(jué)照明設(shè)備，所以針對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用實(shí)例，要設(shè)計(jì)其相應(yīng)的照明裝置，以達(dá)到最佳的效果。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的光源的價(jià)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(yáng)、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(chēng)為電光源，根據(jù)光源的發(fā)光機(jī)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(lèi)似，只是燈管是工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，并且采用高頻電源，也就是光源閃爍的頻率遠(yuǎn)高于相機(jī)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(shí)間換燈管，國(guó)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?yàn)楣饩€是通過(guò)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?，功率很大，可達(dá)100多瓦。高亮度鹵素?zé)襞?，通過(guò)光學(xué)反射和一個(gè)專(zhuān)門(mén)的透鏡系統(tǒng)，進(jìn)一步聚焦提高光源亮度。鹵素?zé)暨€稱(chēng)為冷光源，因?yàn)橥ㄟ^(guò)光纖傳輸之后，出光的這一端是不發(fā)熱的。適合對(duì)環(huán)境溫度比較敏感的場(chǎng)合，比如二次元量測(cè)儀的照明。但它的缺點(diǎn)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(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。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(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“PN結(jié)”。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)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(zhǎng)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(diǎn)有：體積小，重量輕，便于集成；工作電壓低，耗電少，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)便，容易實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制；比普通光源單色性好，有多種顏色可選，包括紅、綠、藍(lán)、白，還有紅外、紫外，針對(duì)不同檢測(cè)物體的表面特征和材質(zhì)，選用不同顏色，也就是不同波長(zhǎng)的光源，達(dá)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(zhǎng)，可達(dá)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(jì)成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不同的光源照射角度。

下圖為三種光源性能指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)。

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)分為2D視覺(jué)系統(tǒng)和3D視覺(jué)系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)、光學(xué)、電子、人工智能、汽車(chē)等行業(yè)都有廣泛應(yīng)用。在汽車(chē)行業(yè)，3D視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)可以檢測(cè)汽車(chē)連接器Pin針檢測(cè)，可快速準(zhǔn)確高效的確定位置錯(cuò)誤的引腳。在一些不適合人們作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境和人工視覺(jué)無(wú)法滿足要求的場(chǎng)合、機(jī)器視覺(jué)可以代替人工視覺(jué)完成工作。