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光之所向 源于智造,一文看懂機器視覺之光源

2022-01-13

欄目導(dǎo)語

#機器視覺#系列第三期與大家見面啦!機器視覺被譽為智能制造皇冠上的明珠。凌云光深耕機器視覺行業(yè)二十余載,擁有豐富的技術(shù)積累及應(yīng)用實踐經(jīng)驗,深度參與編寫了《機器視覺發(fā)展白皮書》2021版。本欄目將以白皮書為藍本,為您講述機器視覺發(fā)展變遷、機遇挑戰(zhàn)、市場前景、行業(yè)應(yīng)用??靵砀S凌小云一起探索機器視覺的星辰大海吧!
本期主要內(nèi)容:機器視覺的核心部件之光源。

在上一期內(nèi)容,我們探索了機器視覺產(chǎn)品形態(tài)的發(fā)展史《探究機器視覺發(fā)展,看產(chǎn)品形態(tài)演變》。隨著相機技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新,技術(shù)改進和新的成像技術(shù)也對照明技術(shù)提出了新的要求。本期,請跟隨凌小云的步伐,一起走進光源的世界!

光源的發(fā)展歷程

凌小云說:相機只能捕捉到它所看到的東西,要實現(xiàn)成像,必須對場景進行適當(dāng)照明。
機器視覺系統(tǒng)的核心是圖像采集和處理,所有信息均來源于圖像之中,圖像本身的質(zhì)量對整個視覺系統(tǒng)極為關(guān)鍵。而照明則是影響機器視覺系統(tǒng)圖像質(zhì)量的重要因素。在工業(yè)生產(chǎn)過程中,機器視覺系統(tǒng)的穩(wěn)定性越來越受到開發(fā)工程師的關(guān)注,而光學(xué)技術(shù)為視覺系統(tǒng)穩(wěn)定起到了關(guān)鍵作用,光源照明的重要性不言而喻。
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機器視覺照明的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段
第一階段

機器視覺光源直接引入普通照明,主要解決有無問題。在起步階段,應(yīng)用最多的是鹵素?zé)艉蜔晒鉄?,但由于受制發(fā)光器件的性能,亮度和壽命成為最大的短板。

第二階段

機器視覺光源以LED光源為代表,是專門面向多樣化應(yīng)用設(shè)計的光源,實現(xiàn)高品質(zhì)成像。LED光源在譜段突破了可見光范圍后,針對3C電子產(chǎn)品制造及太陽能行業(yè)將原來可見光不可能完成的任務(wù)變?yōu)楝F(xiàn)實,在亮度上,借助高速頻閃技術(shù),已經(jīng)可以做到100wLux以上,滿足目前最高速的飛拍場合。

第三階段

機器視覺光源激光光源為代表的創(chuàng)新產(chǎn)品,強調(diào)光源與視覺算法的緊密結(jié)合。未來,機器視覺光源將與更多新技術(shù)融合,逐步滿足智能化需求。激光光源適用于2D/3D視覺應(yīng)用和檢測系統(tǒng),具有條紋精細,功率分布均勻,邊緣清晰等特點,可以有效提高視覺應(yīng)用的成像分辨率與精度。匹配不同的二次光學(xué)設(shè)計透鏡,激光光源還可提供不同投射圖案,不同波長,不同功率的一系列產(chǎn)品,滿足客戶的各種需求。應(yīng)用于機器視覺的激光光源常用的波長為405nm、450nm、520nm、532nm、635nm、637nm、655nm、808nm、1064nm等。常用的線性發(fā)生器角度可以做到15°、30°、45°、60°、90°等。

機器視覺光源可分為可見光和不可見光,光源種類繁多。環(huán)形光源、背光源、條形光源、同軸光源、AOI專用光源、積分光源、線形光源、組合條形光源、點光源對位光源等,可見光光源又分LED燈、熒光燈、鹵素?zé)簦ü饫w光源)、特殊光源等不同種類。
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除了上述光源外,近幾年DLP技術(shù)隨著3D應(yīng)用在機器視覺行業(yè)的興起,結(jié)構(gòu)光三維視覺以其大量程、大視場、較高精度、光條圖像信息易于提取、實時性強及主動受控等特點,在機器視覺領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

光源是基礎(chǔ) 打光是藝術(shù)

凌小云說:好的打光效果,基本決定了視覺檢測成功的一大半。
俗話說,合適的才是最好的。光源的合理性選擇,直接影響了輸入圖像數(shù)據(jù)的質(zhì)量與應(yīng)用效果。針對每個不同的應(yīng)用案例與環(huán)境,需要選擇相應(yīng)的光源與合理的照明方式,以求達到最好的應(yīng)用效果。
那如何選擇合適的光源呢?
01
對比度
對比度對機器視覺來說非常重要。機器視覺應(yīng)用照明的最重要的任務(wù)就是使需要被觀察的特征與需要被忽略的圖像特征之間產(chǎn)生最大的對比度,從而易于特征的區(qū)分。對比度定義為在特征與其周圍的區(qū)域之間有足夠的灰度量區(qū)別。好的照明應(yīng)該能夠保證需要檢測的特征突出于其他背景。
02
魯棒性
魯棒性就是對環(huán)境有一個好的適應(yīng)。好的光源需要在實際工作中與其在實驗室中有相同的效果。
03
亮度
當(dāng)選擇兩種光源的時候,最佳的選擇是選擇更亮的那個。光源的亮度不夠,必然要加大光圈,從而減小了景深。
04
均勻性
均勻性是光源一個很重要的技術(shù)參數(shù)。均勻性好的光源使系統(tǒng)工作穩(wěn)定。
05
可維護性
可維護性主要指光源易于安裝,易于更換。
06
壽命及發(fā)熱量
光源的亮度不易衰減過快,這樣會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定,增加維護的成本 。發(fā)熱量大的燈亮度衰減快,光源的壽命也會受到很大影響。
照明組件的選擇和集成,在任何視覺系統(tǒng)中都起著關(guān)鍵作用,光源與其他視覺組件(鏡頭和相機)一起,提供并管理照明光線,以實現(xiàn)視覺系統(tǒng)的最佳成像效果。對光源的質(zhì)量、可靠性和長期可用性的要求很高用戶來說,用戶應(yīng)盡早考慮選用正確的光源,以節(jié)約時間和成本。
接下來給大家介紹三款適用于不同場景和應(yīng)用的光源。
|?超穩(wěn)定恒功率光纖激光光源

??8種波長可選的恒功率型光纖激光光源

??“三恒一體”技術(shù)(恒功率、恒電流、恒溫)實現(xiàn)5‰超高功率穩(wěn)定性

??輸出功率100~400mW連續(xù)可調(diào),光束質(zhì)量優(yōu)秀,可長時間持續(xù)點亮,也可用作實現(xiàn)頻閃功能(響應(yīng)時間為100μs量級)

??在交通、科研、電力等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用

|?高功率超高速頻閃激光光源

??輸出功率可高達50000W的脈沖型激光光源,兼具超高速頻閃功能

??脈沖持續(xù)時間最短為50ns

??響應(yīng)頻率高達20kHz

??特別適用于高動態(tài)形變測試場景(高速飛拍)、等離子體特性測試場景等

|?REVOX高功率LED燈箱光源系列產(chǎn)品專為替代不同功率鹵素?zé)舳邪l(fā):SLG-165V

??完美替代250W鹵素?zé)簦?種出光光譜可供挑選

??高光源亮度(照度最高可達3800萬lx)

??長工作壽命(30000hrs,約為鹵素?zé)舻?5倍)

??出光功率穩(wěn)定性和線性度好

??出光波長覆蓋可見光波段和近紅外波段

隨著工業(yè)4.0的發(fā)展,智能化的機器視覺光源將會廣泛應(yīng)用,光源的光場分布數(shù)字化智能實時可調(diào),以保證在整個視場內(nèi)光照強度均勻;光源光譜數(shù)字化智能實時可調(diào),以適應(yīng)不同的測量物體的顏色;光源的亮度數(shù)字化智能實時可調(diào),可以保持光照穩(wěn)定,是未來3大發(fā)展趨勢,全面實現(xiàn)數(shù)智化發(fā)展,助力機器視覺。
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#機器視覺#專欄將持續(xù)為您帶來行業(yè)對于機器視覺的思考、認(rèn)知與洞察,更多有料內(nèi)容,下期我們不見不散!