激光视觉的光源选型

一、视觉光源选择标准

光源的选择标准如下:

(1)光源均匀性要好,在有效的照射范围内,灰度值标准差要小;

(2)具有较宽的光谱范围,可以对不同材料的物体进行检测;

(3)光照强度要足够,提高信噪比,利于图像处理;

(4)具有较长的使用寿命及较高的稳定性,要保障光源在长时间运行状态下能够持续稳定的提供照明环境;

(5)成本低,易根据现场情况定制特殊形状光源。

二、视觉光源的分类

激光视觉光源从大类上可分为普通自然光和人造光源,由光照强度、色温及光源的几何形状来描述。在不锈钢表面缺陷检测系统中,为使采集到的图像达到高质量的要求,需要依据待检测目标的颜色、材质和形状,考虑所需光源的强度、光路和光谱等特性。在实际应用中,应优先选择明场照明方式,从而可以抑制自然光源及外界环境的干扰。常用光源及相关特性如表1所示。

类型 光效(lm/W) 平均寿命/(h) 色温/K 特点
卤素灯 12~24 1000 2800~3000 发热量大,价格便宜,形体小
荧光灯 50~120 1500~3000 3000~6000 价格便宜,适用于大面积照射
LED灯 110~250 100000 全系列 功耗低,发热小,使用寿命长,价格便宜,使用范围广
氙灯 150~330 1000 5500~12000 光照强度高,可连续快速点亮
激光 50000 全系列 具有良好的方向性、单色性与相干性

表1 主要光源类型及其特性

其中,LED光源具有发热少、功耗低、寿命长、光谱范围宽、发光强度高等优点,且可组合多样化的外形。因此,常使用LED作为照明光源。

三、颜色相关检测

在某些特定的检测场合下,光源颜色的不同会对最后的成像结果产生不同的影响。光源的颜色特性主要体现在以下两个方面:

  1. 色表:人眼直接观察光源所看到的颜色,即光源发出光的颜色。
  2. 显色性:光源发出的光照到物体上后,反(透)射光显现物体颜色的能力。

根据光源的颜色特性,可以依据具体的检测目标来选择最合适的光源,不同颜色的光是由其波长决定的,光谱特性图如图2.1所示。

激光视觉的光源选型

图1 光谱特性图

下表2介绍了几种常用颜色光源的特性及其适用领域:

颜色类型 特点
白色光源 白色光源通常用色温来界定,色温高的颜色偏蓝色(冷色,色温>5000K),色温低的颜色偏红(暖色,色温<3300K),界于3300与5000K之间称之为中间色,白色光源适用性广,亮度高,特别是拍摄彩色图像时使用更多。
蓝色光源     波长范围在430-480之间,广泛用于金属材质的产品,如钢轨,冷轧带钢,船舶加工件、手机外壳等。
红色光源 红色光源的波长通常在600-720之间,其波长比较长,可以透过一些比较暗的物体,例如底材黑色的透明软板孔位定位、绿色线路板线路线路检测,透光膜厚度检测等,采用红色光源更能提高对比度。
绿色光源 绿色光源波长510-530,界于红色与蓝色之间,主要针对产品:红色背景产品,银色背景产品(如钣金,车加工件等)。
红外光 红外光的波长一般为780-1400,大多采用940波长的红外光,红外光属于不可见光,其透过力强。一般LCD屏检测、视频监控行业应用比较普遍;
紫外光     紫外光的波长一般为190-400,主要采用385波长的紫外光,其波长短,穿透力强,主要应用于证件检测、触摸屏ITO检测、布料表面破损、点胶溢胶检测等方面,金属表面划痕检测等;

表2 不同颜色光源的特点

光源在使用过程中除了具有波长特性,还与物体具有色相性。在光学中,将两种色光以适当的比例混合而能产生白光时,则称这两种颜色为“互补色”。补色并列时,将会引起视觉上更强烈的对比感受,会感到红的更红、绿的更绿。如果希望提高缺陷颜色上的对比度来突出缺陷特征,则可以通过选择色环上相对应的互补颜色(图2),这样可以明显地提高缺陷与背景的对比度。

激光视觉的光源选型

图2 互补色环图

对易拉罐罐顶表面进行划痕检测,如图3(a)所示。由于罐顶表面印有大量红色的文字,所以如果采用白色光源,文字的存在会对表面检测产生干扰,大大增加了检测的难度。如果对白底红字的罐顶采用红色光源照明,则可以过滤掉红色的文字,如图3(b)所示。

激光视觉的光源选型

图3 颜色相关性检测

因此,根据光源与物体颜色相关性原理,合理运用互补色可以过滤掉干扰项的影响。当图像采集设备为黑白相机时,对于特定颜色的背景,可以采用与特定颜色相近或者相远的光源来提高或者降低背景的亮度。例如表面背景为红色时,在明视场,若要凸显出缺陷与背景的差异,可以选择与红色相近的紫红色或橙色光源。暗视场拍摄图像,就需要选择与红色相差较远的青色光源。如果被测目标颜色背景比较复杂,且需要获取目标的颜色信息,则需要选择白色光源。不管选择何种颜色的光源,其根本目的都是提高待检测物体表面缺陷与背景的对比度。

 

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