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光之所向 源于智造，一文看懂機器視覺(jué)之光源

2022-01-13

欄目導語(yǔ)

#機器視覺(jué)#系列第三期與大家見(jiàn)面啦！機器視覺(jué)被譽(yù)為智能制造皇冠上的明珠。凌云光深耕機器視覺(jué)行業(yè)二十余載，擁有豐富的技術(shù)積累及應用實(shí)踐經(jīng)驗，深度參與編寫(xiě)了《機器視覺(jué)發(fā)展白皮書(shū)》2021版。本欄目將以白皮書(shū)為藍本，為您講述機器視覺(jué)發(fā)展變遷、機遇挑戰、市場(chǎng)前景、行業(yè)應用?？靵?lái)跟隨凌小云一起探索機器視覺(jué)的星辰大海吧！
本期主要內容：機器視覺(jué)的核心部件之光源。

在上一期內容，我們探索了機器視覺(jué)產(chǎn)品形態(tài)的發(fā)展史《探究機器視覺(jué)發(fā)展，看產(chǎn)品形態(tài)演變》。隨著(zhù)相機技術(shù)的持續創(chuàng )新，技術(shù)改進(jìn)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(jìn)光源的世界！

光源的發(fā)展歷程

凌小云說(shuō)：相機只能捕捉到它所看到的東西，要實(shí)現成像，必須對場(chǎng)景進(jìn)行適當照明。
機器視覺(jué)系統的核心是圖像采集和處理，所有信息均來(lái)源于圖像之中，圖像本身的質(zhì)量對整個(gè)視覺(jué)系統極為關(guān)鍵。而照明則是影響機器視覺(jué)系統圖像質(zhì)量的重要因素。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，機器視覺(jué)系統的穩定性越來(lái)越受到開(kāi)發(fā)工程師的關(guān)注，而光學(xué)技術(shù)為視覺(jué)系統穩定起到了關(guān)鍵作用，光源照明的重要性不言而喻。
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機器視覺(jué)照明的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段
第一階段

機器視覺(jué)光源直接引入普通照明，主要解決有無(wú)問(wèn)題。在起步階段，應用最多的是鹵素燈和熒光燈，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(jué)光源以L(fǎng)ED光源為代表，是專(zhuān)門(mén)面向多樣化應用設計的光源，實(shí)現高品質(zhì)成像。LED光源在譜段突破了可見(jiàn)光范圍后，針對3C電子產(chǎn)品制造及太陽(yáng)能行業(yè)將原來(lái)可見(jiàn)光不可能完成的任務(wù)變?yōu)楝F實(shí)，在亮度上，借助高速頻閃技術(shù)，已經(jīng)可以做到100wLux以上，滿(mǎn)足目前最高速的飛拍場(chǎng)合。

第三階段

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

機器視覺(jué)光源可分為可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光，光源種類(lèi)繁多。環(huán)形光源、背光源、條形光源、同軸光源、AOI專(zhuān)用光源、積分球光源、線(xiàn)形光源、組合條形光源、點(diǎn)光源對位光源等，可見(jiàn)光光源又分LED燈、熒光燈、鹵素燈（光纖光源)、特殊光源等不同種類(lèi)。
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除了上述光源外，近幾年DLP技術(shù)隨著(zhù)3D應用在機器視覺(jué)行業(yè)的興起，結構光三維視覺(jué)以其大量程、大視場(chǎng)、較高精度、光條圖像信息易于提取、實(shí)時(shí)性強及主動(dòng)受控等特點(diǎn)，在機器視覺(jué)領(lǐng)域得到了廣泛的應用。

光源是基礎 打光是藝術(shù)

凌小云說(shuō)：好的打光效果，基本決定了視覺(jué)檢測成功的一大半。
俗話(huà)說(shuō)，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據的質(zhì)量與應用效果。針對每個(gè)不同的應用案例與環(huán)境，需要選擇相應的光源與合理的照明方式，以求達到最好的應用效果。
那如何選擇合適的光源呢?
01
對比度
對比度對機器視覺(jué)來(lái)說(shuō)非常重要。機器視覺(jué)應用照明的最重要的任務(wù)就是使需要被觀(guān)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，從而易于特征的區分。對比度定義為在特征與其周?chē)膮^域之間有足夠的灰度量區別。好的照明應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(gè)好的適應。好的光源需要在實(shí)際工作中與其在實(shí)驗室中有相同的效果。
03
亮度
當選擇兩種光源的時(shí)候，最佳的選擇是選擇更亮的那個(gè)。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(gè)很重要的技術(shù)參數。均勻性好的光源使系統工作穩定。
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(guò)快，這樣會(huì )影響系統的穩定，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(huì )受到很大影響。
照明組件的選擇和集成，在任何視覺(jué)系統中都起著(zhù)關(guān)鍵作用，光源與其他視覺(jué)組件（鏡頭和相機）一起，提供并管理照明光線(xiàn)，以實(shí)現視覺(jué)系統的最佳成像效果。對光源的質(zhì)量、可靠性和長(cháng)期可用性的要求很高用戶(hù)來(lái)說(shuō)，用戶(hù)應盡早考慮選用正確的光源，以節約時(shí)間和成本。
接下來(lái)給大家介紹三款適用于不同場(chǎng)景和應用的光源。
|?超穩定恒功率光纖激光光源

??8種波長(cháng)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(shí)現5‰超高功率穩定性

??輸出功率100~400mW連續可調，光束質(zhì)量?jì)?yōu)秀，可長(cháng)時(shí)間持續點(diǎn)亮，也可用作實(shí)現頻閃功能（響應時(shí)間為100μs量級）

??在交通、科研、電力等領(lǐng)域具有廣泛應用

|?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

??脈沖持續時(shí)間最短為50ns

??響應頻率高達20kHz

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

|?REVOX高功率LED燈箱光源系列產(chǎn)品專(zhuān)為替代不同功率鹵素燈而研發(fā)：SLG-165V

??完美替代250W鹵素燈，5種出光光譜可供挑選

??高光源亮度（照度最高可達3800萬(wàn)lx）

??長(cháng)工作壽命（30000hrs，約為鹵素燈的15倍）

??出光功率穩定性和線(xiàn)性度好

??出光波長(cháng)覆蓋可見(jiàn)光波段和近紅外波段

隨著(zhù)工業(yè)4.0的發(fā)展，智能化的機器視覺(jué)光源將會(huì )廣泛應用，光源的光場(chǎng)分布數字化智能實(shí)時(shí)可調，以保證在整個(gè)視場(chǎng)內光照強度均勻；光源光譜數字化智能實(shí)時(shí)可調，以適應不同的測量物體的顏色；光源的亮度數字化智能實(shí)時(shí)可調，可以保持光照穩定，是未來(lái)3大發(fā)展趨勢，全面實(shí)現數智化發(fā)展，助力機器視覺(jué)。
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#機器視覺(jué)#專(zhuān)欄將持續為您帶來(lái)行業(yè)對于機器視覺(jué)的思考、認知與洞察，更多有料內容，下期我們不見(jiàn)不散！
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