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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二十余載,擁有豐富的技術積累及應用實踐經驗,深度參與編寫了《機器視覺發展白皮書》2021版。本欄目將以白皮書為藍本,為您講述機器視覺發展變遷、機遇挑戰、市場前景、行業應用。快來跟隨凌小云一起探索機器視覺的星辰大海吧!
本期主要內容:機器視覺的核心部件之光源。

在上一期內容,我們探索了機器視覺產品形態的發展史《探究機器視覺發展,看產品形態演變》。隨著相機技術的持續創新,技術改進和新的成像技術也對照明技術提出了新的要求。本期,請跟隨凌小云的步伐,一起走進光源的世界!

光源的發展歷程

凌小云說:相機只能捕捉到它所看到的東西,要實現成像,必須對場景進行適當照明。
機器視覺系統的核心是圖像采集和處理,所有信息均來源于圖像之中,圖像本身的質量對整個視覺系統極為關鍵。而照明則是影響機器視覺系統圖像質量的重要因素。在工業生產過程中,機器視覺系統的穩定性越來越受到開發工程師的關注,而光學技術為視覺系統穩定起到了關鍵作用,光源照明的重要性不言而喻。
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機器視覺照明的發展主要經歷了三個階段
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,應用最多的是鹵素燈和熒光燈,但由于受制發光器件的性能,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用設計的光源,實現高品質成像。LED光源在譜段突破了可見光范圍后,針對3C電子產品制造及太陽能行業將原來可見光不可能完成的任務變為現實,在亮度上,借助高速頻閃技術,已經可以做到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新產品,強調光源與視覺算法的緊密結合。未來,機器視覺光源將與更多新技術融合,逐步滿足智能化需求。激光光源適用于2D/3D視覺應用和檢測系統,具有條紋精細,功率分布均勻,邊緣清晰等特點,可以有效提高視覺應用的成像分辨率與精度。匹配不同的二次光學設計透鏡,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品,滿足客戶的各種需求。應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、鹵素燈(光纖光源)、特殊光源等不同種類。
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除了上述光源外,近幾年DLP技術隨著3D應用在機器視覺行業的興起,結構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,在機器視覺領域得到了廣泛的應用。

光源是基礎 打光是藝術

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據的質量與應用效果。針對每個不同的應用案例與環境,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
對比度對機器視覺來說非常重要。機器視覺應用照明的最重要的任務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圍的區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
魯棒性就是對環境有一個好的適應。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
壽命及發熱量
光源的亮度不易衰減過快,這樣會影響系統的穩定,增加維護的成本 。發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,在任何視覺系統中都起著關鍵作用,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,以實現視覺系統的最佳成像效果。對光源的質量、可靠性和長期可用性的要求很高用戶來說,用戶應盡早考慮選用正確的光源,以節約時間和成本。
接下來給大家介紹三款適用于不同場景和應用的光源。
|?超穩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(恒功率、恒電流、恒溫)實現5‰超高功率穩定性

??輸出功率100~400mW連續可調,光束質量優秀,可長時間持續點亮,也可用作實現頻閃功能(響應時間為100μs量級)

??在交通、科研、電力等領域具有廣泛應用

|?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

??脈沖持續時間最短為50ns

??響應頻率高達20kHz

??特別適用于高動態形變測試場景(高速飛拍)、等離子體特性測試場景等

|?REVOX高功率LED燈箱光源系列產品專為替代不同功率鹵素燈而研發: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lx)

??長工作壽命(30000hrs,約為鹵素燈的15倍)

??出光功率穩定性和線性度好

??出光波長覆蓋可見光波段和近紅外波段

隨著工業4.0的發展,智能化的機器視覺光源將會廣泛應用,光源的光場分布數字化智能實時可調,以保證在整個視場內光照強度均勻;光源光譜數字化智能實時可調,以適應不同的測量物體的顏色;光源的亮度數字化智能實時可調,可以保持光照穩定,是未來3大發展趨勢,全面實現數智化發展,助力機器視覺。
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#機器視覺#專欄將持續為您帶來行業對于機器視覺的思考、認知與洞察,更多有料內容,下期我們不見不散!
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