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【视学课堂】光学系统的高效应用及选择

  • 分类:公司新闻
  • 作者:化繁为简
  • 来源:
  • 发布时间:2021-10-14 09:26
  • 访问量:

【概要描述】

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       机器视觉检测系统的技术核心在于图像采集和处理,采集后的图像包含有若干的数据信息,因此,整个图像质量的好坏对最终视觉检测的结果非常重要。

  其中,合适的光学照明设计,才能凸显所需信息特征,弱化其他信息特征,从而最大化降低算法分割、识别的难度,提高系统的定位、测量精度,使系统的可靠性和综合性能得到提高。合适的光源设计,才会让图像的处理和成像系统设计中呈现事倍功半的效果。因此,最优化的光学系统对于整个视觉检测系统的稳定性具有至关重要的作用,甚至直接决定视觉检测系统的成败。

  在正式的光学系统搭建前,了解光源呈现原理和成像特征,对于我们使用和选择合适的光源具有指导意义,本篇以视觉项目中常用的光源为例,阐释常见的多样化的光源应用场景。

工 业 光 源

  环形光源/SEP.01

  •   环形光源提供不同照射角度、不同颜色组合,更能突出物体的三维信息;
  •  高密度LED阵列,高亮度,多种紧凑设计,节省安装空间;
  •  解决对角照射阴影问题;
  •  可选配漫射板导光,光线均匀扩散。

条形光源/SEP.02

  •  LED密集排列亮度高,方向性好;
  •  尺寸,颜色灵活多变,可根据实际需求定制,适应大幅面尺寸检测;
  •  结构可自由组合,角度也可自由调整,安装方便;
  •    适用于整个工件长度上的消除晕光和均一照明。

 

背光源/SEP.03

  •  高密度的LED阵列排布,能很好突出工件外形轮廓;
  •  适应于大面积均匀照明。

同轴光源/SEP.04

  •  同轴光源可以消除物体表面不平整引起的阴影,克服表面反光造成的干扰。
  •  部分采用分光镜设计,减少光损失,提高成像清晰度,均匀照射物体表面。

      

球积分光源/SEP.05

  •   半球形的内壁,均匀的散射材料使光线从顶部360度发散出来,从而获得均匀的图像;
  •  大功率的LED,亮度更高。

      优质的光学系统除了注重光源选型外,同时打光方式的设计也至关重要,常见的照明方式有:

  1. 按照光场类型分为明场和暗场;

  2. 按照照明方式可分为直接照明、散射照明、背光照明、同轴照明、特殊照明等。

  此外,光学系统设计还需考虑检查件的特征呈现(划伤、破损、标识等)、表面特征(平面、曲面、镜面等)、形态(二维、三维等)、材质(塑料、金属、玻璃等)、颜色(透明、单色、混色)等,综合多种因素才能选择出合适的光学系统。下面将称述几种常见的光学应用场景,便于读者在基础光学应用时能够有一个参考。

  

多 样 光 源 应 用

  01暗场应用:检测透明玻璃裂痕气泡等非规则缺陷

  其主要原理是通过在暗背景下,反馈待检测对象感兴趣特征。例如:暗场中,光线通过透明的玻璃盘,大部分透过玻璃本身的光线不会被相机捕捉到,呈现出暗色效果,当玻璃材质本身发生不规则变化,如裂纹、气泡等,光线会将这些异常特征信息放大,光线会在裂纹、气泡特征区域内发生折射和反射,通过多种角度反馈到相机中,将裂纹气泡等缺陷效果在图像中呈现出亮特征。

)等,综合多种因素才能选择出合适的光学系统。下面将称述几种常见的光学应用场景,便于读者在基础光学应用时能够有一个参考。

      02明场应用:凸显表面粗糙纹理

  明场照明与暗场照明正好相反,其主要作用是将光源与被测物成一定角度,使得绝大部分的光反射到相机,对于光滑平整的区域则呈现出明亮状态,对于表面粗糙甚至破损的特征,光线经过时会发生漫反射使得进入到相机的光线减少,从而呈现出暗特性。

     03漫射光在透明包装中的应用

  在透明包装中,除了要凸显所需物体的特征外,更为关键的是要消除透明包装对检测对象的干扰。漫射光能够消除表面不平整以及粗糙度不同带来的图像差异,它通过固定的光照方式,让光线通过多角度打到待测物体表面,从而消除反射或者单个光源产生的反光的影响,此类场景通常在搭配偏振膜和偏振片效果会更佳。

      04频闪光应用

  当物体快速移动成像模糊时,就需要使用频闪光。它是利用极短的闪光频率发出高分辨率的反光,来使高速运动中物体图像的清晰。

  05搭配不同色光提高成像对比度

  一般来说,选择一个与物体表面颜色相反的光可以使特征变暗,选择相同的颜色的光可以使特征变亮。例如一个标签上面是黑色,同时夹杂红色和黑色其他图案,字符为激光打码,进行字符识别时需要将字符打亮,使得背景与字符能够清晰辨别,若选用红色光,背景中的红色会滤掉打白,会干扰同为白色的字符,所以利用光源的互补原理,采用蓝色光源,将红色背景尽量打黑。

      在机器视觉光学系统选择时,该篇文章仅能提供一些基础的理论和应用的参考。但光学应用场景复杂多变,机器视觉行业的专业从业者更需以理论为基,以实践为体,积累行业经验,才能游刃有余的面对工业机器视觉多样化、复杂化、高标准的需求。

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