照明選擇基礎
照明的理論知識
圖像處理是通過計算像素濃度數(shù)據(jù)的變化進行檢測的處理,要實現(xiàn)穩(wěn)定檢測,需要拍攝清晰的圖像。照明的選擇是決定圖像處理檢測性能的重要因素。本資料對選擇正確的照明所需的基礎知識進行講解。
選擇照明的三個步驟
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- 選擇照明的方式(鏡面反射光、漫反射光、透射光等)
- 觀察檢測部位的特點(損傷、形狀、有無等)。
- 觀察表面(平面、曲面、是否有凹凸不平等)加以決定。
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- 選擇照明的方法*形狀
- 根據(jù)工件條件、設置條件等加以決定。
環(huán)形光、低角度光、同軸光、碗光等。
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- 選擇照明的顏色(波長)
- 根據(jù)工件和背景的材料、顏色等加以決定。
藍色、紅色、白色等。
照明器材的典型形狀及照射方式(LED)
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同軸入射照明
CA-DX -
低角度照明
CA-DL -
直接環(huán)照照明
CA-DR -
背光照明
CA-DS -
圓頂照明
CA-DD -
條形照明
CA-DB
選擇照明:第一步(鏡面反射、漫反射與透射)
LED 照明種類繁多,大體上可以分為如下三種。
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- 鏡面反射型:
- 鏡頭接收的光線是來自拍攝對象的鏡面反射光線。
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- 漫反射型:
- 避開來自拍攝對象的鏡面反射光,而接收整體、均一的光線。
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- 透射型:
- 接收來自拍攝對象背景的光線。是一種檢測輪廓的照明方式。

(1)鏡面反射圖像例 金屬表面的刻印缺印檢查
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刻印不明顯
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刻印邊緣明顯
需要強調(diào)平坦的金屬表面與凹凸不平的刻印部分之間的反差。
金屬表面容易反射光線,因此最好是利用鏡面反射光來強調(diào)表面與刻印之間的反差。
(2)漫反射圖像例 透明膠帶內(nèi)部的晶片刻印檢查
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薄膜反射光線
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不受薄膜的影響
需要防止產(chǎn)生光暈,以強調(diào)晶片表面與刻印字符之間的反差。
透明帶不會產(chǎn)生鏡面反射,因此可以選擇斜向照射的漫反射光。
(3)透射圖像例 無紡布異物檢查
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異物不明顯
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異物陰影明顯
異物與工件色調(diào)相似,從表面上看難以判別,因此需要強調(diào)異物與工件表面之間的反差。
雖然利用反射光難以觀察到異物,但是只要異物的厚度、顏色與工件之間存在差異,則可以通過采用來自工件背面的透射光使異物的黑色陰影顯現(xiàn)出來。
要點
選擇照明的第一步是根據(jù)工件的形狀及檢查目的,確定鏡面反射、漫反射、透射等照明方式。下一步是選擇照明的尺寸及光線顏色,以確保所得到的圖像適于檢查目的。
選擇照明:第二步(確定照明方法與光線形狀)
(1)鏡面反射圖像例 玻璃端面欠缺檢查
僅使用反射光的情況下

照明光線通過鏡面反射隨機映射在玻璃表面
【根據(jù)工件及檢查目的選擇照明】
- 玻璃表面會映射照明光線。
- 需要強調(diào)玻璃與背景之間的反差。
- 建議使光線垂直照在工件上。
- 應確保工件上方有一定空間。
因此選擇同軸入射照明是最適宜的

采用同軸入射照明后
玻璃表面成像均勻
(2)漫反射檢查例 橡膠密封圈欠缺檢查
僅使用反射光的情況下

不能看到圓周上的欠缺
【根據(jù)工件及檢查目的選擇照明】
- 工件是用黑色橡膠制成的,因此不會發(fā)生鏡面反射。
- 欠缺部分也是黑色的,同樣不會發(fā)生鏡面反射。
- 如果采用某種鏡面照射角度,使欠缺部分發(fā)生鏡面反射,則可以達到檢查目的。
- 可使光源接近工件。
因此選擇低角度照明是最適宜的
(3)透射檢查例 引腳形狀檢查
僅使用反射光的情況下

邊緣部分不明顯
【根據(jù)工件及檢查目的選擇照明】
- 工件是金屬材料制成的,表面凹凸不平,不能產(chǎn)生均勻的鏡面反射。
- 如使用透射光,則可以去除表面凹凸不平的影響,從而實現(xiàn)邊緣檢查。
- 工件背面可以設置光源。
因此選擇面光(背光)是最適宜的

采用背光照明后
復雜的輪廓變得清晰了。
要點
在選擇了鏡面反射、漫反射或透射等照明方式后,根據(jù)檢查目的、背景、周圍環(huán)境等確定照明類型。
一般說來,鏡面反射可選擇同軸入射照明、環(huán)形照明或條型照明,漫反射可選擇低角度照明、環(huán)形照明或條型照明,透射可選擇面照明或條型照明。其中環(huán)形照明及條型照明的設置距離更加靈活,因此應用范圍更廣。
選擇照明:第三步(決定光線顏色及波長)
最后根據(jù)工件及背景來選擇光源顏色。
使用彩色照相機時一般會使用白光。如果使用黑白照相機,則需要掌握下面介紹的知識。
利用補色進行檢測
為了檢測紙箱中是否有紅色包裝的點心,分別使用了白色、紅色及藍色的 LED 光源。下圖所示為三種光源造成的對比度差異。

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- 使用白色 LED 時
- 亮度均一,沒有反差。
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- 使用紅色 LED 時
- 紅色包裝較亮,但是效果仍然不夠理想。
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- 使用藍色 LED 時
- 僅紅色包裝變成黑色,反差更鮮明,檢查效果穩(wěn)定
因此藍色是最適宜的
小知識

補色:
色相環(huán)圖中相對的顏色互為補色。用補色光照射時會產(chǎn)生近似黑色的效果。
利用波長進行檢測
透過包裝薄膜拍攝晶片上的刻印文字。與藍色相比,選擇薄膜透射率更高(散射率較低)的紅色光源可以產(chǎn)生更好的反差。
![[ 不可見光 : 紫外光][ 可見光不 : 紫 380 / 藍 430 / 藍綠 480 / 青綠 490 / 綠 500 / 黃綠 560 / 黃 580 / 橙 595 / 紅 650 ][ 不可見光 : 紅外光 780 ](單位:nm)](/Images/ss_visionbasics_basic_illumination_24_1694439.jpg)
波長不同的光線具有不同的顏色、透射率(例如波長較大的紅色光線具有較高的透射率)、散射率(例如波長較小的藍色光線具有較大的散射率)等特性。

白光

紅光

藍光

紅光
刻印文字透過薄膜顯現(xiàn)出來,反差更大。
因此應選紅光

藍光
照明的理論知識 總結(jié)
選擇適宜的光源可以得到良好的拍攝效果,從而有利于提高視覺系統(tǒng)效果。
選擇光源時有一定的規(guī)律可循。一般說來,可按照下列步驟選擇理想的光源。
- 決定鏡面反射、漫反射、透射
- 決定光源形狀(制式)和尺寸
- 決定光源顏色(波長)
下一個主題是彩色相機效果和預處理。
這是外觀檢測及位置檢測等用途中,加工出更佳圖像的重要要素。
下面就更佳顏色抽取和預處理選擇的要點進行說明。