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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

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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)

  • 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。

  • 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。
  • 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。
  • 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

  1. 刻印不明顯
  2. 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

  1. 薄膜反射光線
  2. 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

  1. 異物不明顯
  2. 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。

工件
工件
  • 使用白色 LED 時
    亮度均一,沒有反差。
  • 使用紅色 LED 時
    紅色包裝較亮,但是效果仍然不夠理想。
  • 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
色相環(huán)圖 : 綠 / 藍 / 紫 / 紅 / 橙 / 黃

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)

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。

彩色相機成像 白光 彩色相機成像
白光
彩色相機成像 紅光 彩色相機成像
紅光
彩色相機成像 藍光 彩色相機成像
藍光
灰度相機成像 紅光 灰度相機成像
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

灰度相機成像 藍光 灰度相機成像
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。

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