【光电智造】如何为机器视觉应用选择适当的光源?

今日光电 2024-05-31 18:01

今日光电

     有人说,20世纪是电的世纪,21世纪是光的世纪;知光解电,再小的个体都可以被赋能。追光逐电,光赢未来...欢迎来到今日光电!




----追光逐电 光赢未来----

为什么光源在机器视觉应用中非常重要?


机器视觉系统是通过分析来自物品的反射光线而非物品本身来生成图像的。因此,至关重要的是,了解光线是如何从我们正在检测的生产元件上反射出去的。要了解这一点,我们必须知道物品的生产材料、尺寸、形状和表面处理。另外,即使我们使用单色检测系统(红色元件与粉色元件的光线反射方式不同),物品的颜色也非常重要。所有这些特点都会影响光线是如何被反射的,并且可能会给高品质图像的创建带来挑战。寻找适当的光源有助于处理看似复杂的应用,并极大地简化应用。


同时,光源还可能影响计算机分析生成可行图像的难易程度。高品质图像源于适当的焦距和照明。对比度差和照明不均匀的图像需要成像计算机花费更多的精力,最终会增加处理时间,并可能增加错误图像分析的次数。一般来说,对比度高的图像最容易处理。请考虑上面显示的图像(图1)。良好的图像处理系统能够识别两个图像中的“+”符号,但识别上面的图像的可重复性将降低,这是因为相比下面的图像,这个图像的对比度更低。如果适当控制照明,机器视觉系统将可以轻松处理图像,并提供高度的可靠性/可重复性。





由于图像是在光线从物品上反射回来时创建的,照射到物品并反射到相机的光线被视为明亮的光线。如果光线从相机上反射回来(或者被物品吸收),该物品将被视为暗物品。机器视觉系统通常专注于亮区域与暗区域之间的差异,以得出边线、质地或标识的相关结论, 这些都是检验操作的重要参数。


光源类型

所采用光线的波长也可能是检验过程中的一个重要变量。若采用特殊光线色彩的照明,则更容易区分对比性色彩,因为它们在图像中将显得很暗。这种技术可用于提升瓶盖上的日期代码质量。


红外光可用于突出显示农产品上的擦伤,紫外光可使墨水或胶水发出荧光(请注意,如果采用红外光或紫外光,则应当在相机上使用滤波器,以便可以看到物品的荧光,而不是光线本身)。


照明技术

选择适当的照明技术将有助于处理特定应用的特殊问题。市场上提供许多选项,每个选项对于特定的应用而言都有优点和缺点。目前共有五种基本技术可用于为待检验的元件提供照明:背光照明、直接照明、结构化照明、轴上散射照明和离轴散射照明。


背光照明创造出一个轮廓,以突出元件的形状,并允许对元件进行测量,但其完全掩盖了所有表面细节。其通过生成一 个图像(大部分为白底黑色元件图像),产生最大的对比度。检验应用可以采用这种技术进行尺寸测量,但对于表面检验来说,背光照明是没有用的。这项技术的一个挑战在于夹具难度。任何用于固定待检验元件的机械夹具都可能会遮挡背光光线。请考虑下面的例子。




准直光是指将光线对齐,确保始终是平行的,其非常适用于创建高清图像(图3)。




漫射光可通过使准直光照射穿过毛玻璃来产生,其减少了光线强度,提供更柔和、更均匀的照明,避免产生眩光或阴影。


检验元件时,另一个考虑因素是采集元件图像时,元件的移动速度,还有相机的曝光时间。这些因素都将影响光源的选择。


要简化应用,我们必须首先明确目标,并专注于重要的检验因素。了解目标之后,我们可以专注于选择光源,确保突出 显示正在寻找的特征或缺陷,并忽略图像中不需要的元素。





第二种光明技术是直接正面照明。通常情况下,光线从一个稍微偏离中心的角度照射出来。这样的光源很容易设置,它 可以创建卓越的对比度,但也可能会创建阴影和产生眩光,这 取决于待检验元件的表面。如果图像存在对比度低的问题,创建阴影可能是需要的,以提升对比度。并且,直接照明可用于通过频闪冻结移动。关于移动光源的效果示例,请考虑下面的图像。



如果需要最大限度地减少阴影,可以采用一个以上的直接照明装置。出于这个目的,一些系统采用环形灯,其可以完全 包围待检查的元件。


另一种照明技术是结构化照明。结构化照明利用已知的光 线图案(通常是产生一条线的光线平面),其用于获取尺寸信息。通常情况下使用高度准直的光源,如激光或光纤线性光源 等。这种技术提供价格低廉的方式来测量连续表面的深度和高度,通常在光源或表面移动的情况下使用。另外,它还可以显示对比度低的元件上的表面细节。用户应当确保待测量的元件不会吸收光线,这是因为为了确保待测量元件上的照明效果,需要将光线反射出去。图4a和图4b显示了线性光源从完全平坦和不连续的表面反射出去的效果。



轴上散射照明(“DOAL”)允许光线直接照亮与相机位于同一条线上的元件,光源不会阻碍相机采集图像。这可以使用 50%镀银的反射镜将光线直接反射到元件上来实现。相机通过反射镜寻找元件,以采集被照亮元件的图像。





轴上散射照明应用包括检测光亮、平坦表面上的缺陷,或者检验小孔洞内部。由于DOAL光源穿过镀银反射镜后损失了强 度,因此,建议采用额外的光源来提高照度或物品上光线的一致性。


图5a和5b显示了使用DOAL如何能够消除反射眩光,从而使一些应用中的表面特征检验变得更容易。





本文要介绍的最后一种照明技术是离轴漫射照明,也称为“阴天照明”或“穹顶照明”。采用这种技术时,光线不是直接反射到元件上,而是首先反射到一个漫反射面上,然后“ 回弹”到元件上。


离轴漫射照明技术会消除阴影,就好像我们在阴天查看东西一样。同时,它还避免产生元件检验应用中可能引起问题的热斑或眩光。当采用穹顶照明时,如果相机通过反射器圆顶中的一个孔来采集图像,图像中央可能会有一个盲区。因此,当使用反射器时,添加一个DOAL光源可能有利于填补该盲区。


对于空间受限的应用,平顶灯适用于放置在相机与元件之间,其可以产生类似于弧形顶灯的效果。




始终开启或频闪


在机器视觉应用中,光源是始终开启或频闪的。通过光线频闪,我们可以增加光线强度,并且光源可以保持更长的使用 寿命,更有用的一项功能是阻止移动。但频闪需要加以控制。这个时机必须与图像采集精确协调,否则,图像强度将会有所不同。另外,在使用频闪照明时,还需要考虑人为因素。闪烁的灯光可能导致操作员癫痫发作或头痛。





设计机器视觉系统时,非常重要的一点是,需要考虑机器待安装区域内环境光线的影响。用于照亮元件的光线必须 足够明亮,能够覆盖掉任何照射在元件上的环境光线,以确保检验系统的特殊照明能够实现预期的效果。环境光线可能 导致元件上出现额外的眩光。另外,环境光线还可能出现变 化,这取决于操作员可能站立的位置、一天中的时间、天气 和一年中的季节。当您为检验系统选择光源以及设计机器的安装布局时,所有这些问题都需要考虑到。


光源


卤素灯是一种类型的光源,适用于需要非常明亮光线的应用,许多新型汽车前灯都是卤素灯,但这种光源也存在局限 性,事实上,它们无法提供频闪功能,运行一段时间后会变得 非常热,并且随着时间的推移,它们会损失一些强度。如果您 将这种类型的光源用于一个检验应用,以最大功率的80%运行 有利于延长使用寿命,并保持电压稳定,以避免颜色变化。如 果您的应用对其产生的卤素热量敏感的话,使用光纤光学元 件,可以将灯具安装在距离元件较远的位置。


白炽灯是另一种类型的光源。这类灯泡价格低廉,并且很容易买到,但它们无法提供频闪功能,容易产生热量,并且随着时间的推移,它们会略微损失一些强度。


荧光灯光源价格相对便宜,市场上提供许多形状和尺寸选择。这类光源提供漫射光线,最大程度地减少了眩光,局限性包括无法提供频闪功能,随着时间的推移,质量会下降,并且难以调节光线强度。由于交流电源频率的原因,荧光灯还会出现闪烁,这可能会影响视觉检验应用的图像质量。使用高频镇流器可以帮助减少闪烁量,但不能完全消除。




光是一种高度准直的光源,具有高强度,从而可以将它们安装在距离待检验物品一定距离的位置。目前有一种特殊类型的激光,称为“二极管激光”,可以提供频闪功能。激光通常用于进行距离测量,有时还进行三维测量,但无法进行高精度测量。激光传统上非常昂贵,并且需要采取特殊的安全预防措施,因为它们可能带来潜在的安全隐患。如果您的应用需要这种光源,光纤光学元件可以提供更安全的准直光源选择。


许多较旧的频闪系统采用氙气灯。氙气适合提供频闪功能,因为它能够在很短的时间内提供非常高的强度,从而产生 移动停止的印象。但随着时间的推移,氙气频闪的强度会降低,目前市场上很少使用氙气光源。


一个更好的替代方案是使用二极发光管(LED)。这类光源是当前机器视觉应用中最常见的光源。它们具有非常长的使用寿命,超过10000小时,并且提供频闪功能,还可以连续开启,不会产生热量。同时,LED使用起来非常安全、高效,您可以在市场上找到几乎任何颜色或特定波长的LED光源。虽然早期的 LED光源亮度有限,但现代的LED可以非常明亮(考虑一下有多少新型汽车正在使用LED外部照明)。


下面的图表比较了不同的光源替代方案,以了解它们对于不同应用的适用性。




集成光源


机器视觉用户可以选择购买含有集成光源的系统。集成光源简化了设置,并突出显示特殊的元件或特征,无需购买、安装和供电额外的光源。一些配有集成光源的视觉系统还提供使用软件控制强度和光线频闪的额外益处,无需额外的设备。由于无需外部光源和电源,配有集成光源的系统更容易在生产线上难以到达的空间内安装和使用。同时,集成光源还更加经济实惠。


总结

市场上有许多光源选项,也有许多不同的视觉系统构建和定向方式。选择适当的光源可以使机器的生产率产生显著的变化。规划一套新的自动化检验系统时,首先要做的是了解待检验的元件——通过检验元件,需要了解元件的哪些方 面,比如表面处理、颜色等。同样重要的是了解生产环境。然后,审查不同光源的优点和缺点。选择适当的光源后,下 一个决定是如何定位光源,以确保最大的有效性。通过适当 的光源组合以及光源相对于元件的安装方式,相机可以根据 需要忽略或强调元件特征,以确保生成清晰、一致的图像, 从而满足应用的检验需求。机器视觉专家可以帮助您确定最 佳光源和光源定位选择,以满足您的特定应用需求。

来源:机器视觉沙龙



申明:感谢原创作者的辛勤付出。本号转载的文章均会在文中注明,若遇到版权问题请联系我们处理。


 

----与智者为伍 为创新赋能----


【说明】欢迎企业和个人洽谈合作,投稿发文。欢迎联系我们
诚招运营合伙人 ,对新媒体感兴趣,对光电产业和行业感兴趣。非常有意者通过以下方式联我们!条件待遇面谈
投稿丨合作丨咨询

联系邮箱:uestcwxd@126.com

QQ:493826566




评论
  • 一、行业背景与用户需求随着健康消费升级,智能眼部按摩仪逐渐成为缓解眼疲劳、改善睡眠的热门产品。用户对这类设备的需求不再局限于基础按摩功能,而是追求更智能化、人性化的体验,例如:语音交互:实时反馈按摩模式、操作提示、安全提醒。环境感知:通过传感器检测佩戴状态、温度、压力等,提升安全性与舒适度。低功耗长续航:适应便携场景,延长设备使用时间。高性价比方案:在控制成本的同时实现功能多样化。针对这些需求,WTV380-8S语音芯片凭借其高性能、多传感器扩展能力及超高性价比,成为眼部按摩仪智能化升级的理想选
    广州唯创电子 2025-03-13 09:26 33浏览
  •        随着人工智能算力集群的爆发式增长,以及5.5G/6G通信技术的演进,网络数据传输速率的需求正以每年30%的速度递增。万兆以太网(10G Base-T)作为支撑下一代数据中心、高端交换机的核心组件,其性能直接决定了网络设备的稳定性与效率。然而,万兆网络变压器的技术门槛极高:回波损耗需低于-20dB(比千兆产品严格30%),耐压值需突破1500V(传统产品仅为1000V),且需在高频信号下抑制电磁干扰。全球仅有6家企业具备规模化量产能力,而美信科
    中科领创 2025-03-13 11:24 40浏览
  • 前言在快速迭代的科技浪潮中,汽车电子技术的飞速发展不仅重塑了行业的面貌,也对测试工具提出了更高的挑战与要求。作为汽车电子测试领域的先锋,TPT软件始终致力于为用户提供高效、精准、可靠的测试解决方案。新思科技出品的TPT软件迎来了又一次重大更新,最新版本TPT 2024.12将进一步满足汽车行业日益增长的测试需求,推动汽车电子技术的持续革新。基于当前汽车客户的实际需求与痛点,结合最新的技术趋势,对TPT软件进行了全面的优化与升级。从模型故障注入测试到服务器函数替代C代码函数,从更准确的需求链接到P
    北汇信息 2025-03-13 14:43 40浏览
  • 文/杜杰编辑/cc孙聪颖‍主打影像功能的小米15 Ultra手机,成为2025开年的第一款旗舰机型。从发布节奏上来看,小米历代Ultra机型,几乎都选择在开年发布,远远早于其他厂商秋季主力机型的发布时间。这毫无疑问会掀起“Ultra旗舰大战”,今年影像手机将再次被卷上新高度。无意臆断小米是否有意“领跑”一场“军备竞赛”,但各种复杂的情绪难以掩盖。岁岁年年机不同,但将2-3年内记忆中那些关于旗舰机的发布会拼凑起来,会发现,包括小米在内,旗舰机的革新点,除了摄影参数的不同,似乎没什么明显变化。贵为旗
    华尔街科技眼 2025-03-13 12:30 60浏览
  • 在海洋监测领域,基于无人艇能够实现高效、实时、自动化的海洋数据采集,从而为海洋环境保护、资源开发等提供有力支持。其中,无人艇的控制算法训练往往需要大量高质量的数据支持。然而,海洋数据采集也面临数据噪声和误差、数据融合与协同和复杂海洋环境适应等诸多挑战,制约着无人艇技术的发展。针对这些挑战,我们探索并推出一套基于多传感器融合的海洋数据采集系统,能够高效地采集和处理海洋环境中的多维度数据,为无人艇的自主航行和控制算法训练提供高质量的数据支持。一、方案架构无人艇要在复杂海上环境中实现自主导航,尤其是完
    康谋 2025-03-13 09:53 44浏览
  • 曾经听过一个“隐形经理”的故事:有家公司,新人进来后,会惊讶地发现老板几乎从不在办公室。可大家依旧各司其职,还能在关键时刻自发协作,把项目完成得滴水不漏。新员工起初以为老板是“放羊式”管理,结果去茶水间和老员工聊过才发现,这位看似“隐形”的管理者其实“无处不在”,他提前铺好了企业文化、制度和激励机制,让一切运行自如。我的观点很简单:管理者的最高境界就是——“无为而治”。也就是说,你的存在感不需要每天都凸显,但你的思路、愿景、机制早已渗透到组织血液里。为什么呢?因为真正高明的管理,不在于事必躬亲,
    优思学院 2025-03-12 18:24 81浏览
  • 文/Leon编辑/cc孙聪颖作为全球AI领域的黑马,DeepSeek成功搅乱了中国AI大模型市场的格局。科技大厂们选择合作,接入其模型疯抢用户;而AI独角兽们则陷入两难境地,上演了“Do Or Die”的抉择。其中,有着“大模型六小虎”之称的六家AI独角兽公司(智谱AI、百川智能、月之暗面、MiniMax、阶跃星辰及零一万物),纷纷开始转型:2025年伊始,李开复的零一万物宣布转型,不再追逐超大模型,而是聚焦AI商业化应用;紧接着,消息称百川智能放弃B端金融市场,聚焦AI医疗;月之暗面开始削减K
    华尔街科技眼 2025-03-12 17:37 146浏览
  • 在追求更快、更稳的无线通信路上,传统射频架构深陷带宽-功耗-成本的“不可能三角”:带宽每翻倍,系统复杂度与功耗增幅远超线性增长。传统方案通过“分立式功放+多级变频链路+JESD204B 接口”的组合试图平衡性能与成本,却难以满足实时性严苛的超大规模 MIMO 通信等场景需求。在此背景下,AXW49 射频开发板以“直采+异构”重构射频范式:基于 AMD Zynq UltraScale+™ RFSoC Gen3XCZU49DR 芯片的 16 通道 14 位 2.5GSPS ADC 与 16
    ALINX 2025-03-13 09:27 32浏览
  • 一、行业背景与需求痛点智能电子指纹锁作为智能家居的核心入口,近年来市场规模持续增长,用户对产品的功能性、安全性和设计紧凑性提出更高要求:极致空间利用率:锁体内部PCB空间有限,需高度集成化设计。语音交互需求:操作引导(如指纹识别状态、低电量提醒)、安全告警(防撬、试错报警)等语音反馈。智能化扩展能力:集成传感器以增强安全性(如温度监测、防撬检测)和用户体验。成本与可靠性平衡:在复杂环境下确保低功耗、高稳定性,同时控制硬件成本。WTV380-P(QFN32)语音芯片凭借4mm×4mm超小封装、多传
    广州唯创电子 2025-03-13 09:24 41浏览
  • 北京时间3月11日,国内领先的二手消费电子产品交易和服务平台万物新生(爱回收)集团(纽交所股票代码:RERE)发布2024财年第四季度和全年业绩报告。财报显示,2024年第四季度万物新生集团总收入48.5亿元,超出业绩指引,同比增长25.2%。单季non-GAAP经营利润1.3亿元(non-GAAP口径,即经调整口径,均不含员工股权激励费用、无形资产摊销及因收购产生的递延成本,下同),并汇报创历史新高的GAAP净利润7742万元,同比增长近27倍。总览全年,万物新生总收入同比增长25.9%达到1
    华尔街科技眼 2025-03-13 12:23 48浏览
  • DeepSeek自成立之初就散发着大胆创新的气息。明明核心开发团队只有一百多人,却能以惊人的效率实现许多大厂望尘莫及的技术成果,原因不仅在于资金或硬件,而是在于扁平架构携手塑造的蜂窝创新生态。创办人梁文锋多次强调,与其与大厂竞争一时的人才风潮,不如全力培养自家的优质员工,形成不可替代的内部生态。正因这样,他对DeepSeek内部人才体系有着一套别具一格的见解。他十分重视中式教育价值,因而DeepSeek团队几乎清一色都是中国式学霸。许多人来自北大清华,或者在各种数据比赛中多次获奖,可谓百里挑一。
    优思学院 2025-03-13 12:15 47浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦