照明选择基础
照明的理论知识
图像处理是通过计算像素浓度数据的变化进行检测的处理,要实现稳定检测,需要拍摄清晰的图像。照明的选择是决定图像处理检测性能的重要因素。本资料对选择正确的照明所需的基础知识进行讲解。
选择照明的三个步骤
-
- 选择照明的方式(镜面反射光、漫反射光、透射光等)
- 观察检测部位的特点(损伤、形状、有无等)。
- 观察表面(平面、曲面、是否有凹凸不平等)加以决定。
-
- 选择照明的方法*形状
- 根据工件条件、设置条件等加以决定。
环形光、低角度光、同轴光、碗光等。
-
- 选择照明的颜色(波长)
- 根据工件和背景的材料、颜色等加以决定。
蓝色、红色、白色等。
照明器材的典型形状及照射方式(LED)
-
同轴入射照明
CA-DX -
低角度照明
CA-DL -
直接环照照明
CA-DR -
背光照明
CA-DS -
圆顶照明
CA-DD -
条形照明
CA-DB
选择照明:第一步(镜面反射、漫反射与透射)
LED 照明种类繁多,大体上可以分为如下三种。
-
- 镜面反射型:
- 镜头接收的光线是来自拍摄对象的镜面反射光线。
-
- 漫反射型:
- 避开来自拍摄对象的镜面反射光,而接收整体、均一的光线。
-
- 透射型:
- 接收来自拍摄对象背景的光线。是一种检测轮廓的照明方式。
(1)镜面反射图像例 金属表面的刻印缺印检查
- 刻印不明显
- 刻印边缘明显
需要强调平坦的金属表面与凹凸不平的刻印部分之间的反差。
金属表面容易反射光线,因此最好是利用镜面反射光来强调表面与刻印之间的反差。
(2)漫反射图像例 透明胶带内部的晶片刻印检查
- 薄膜反射光线
- 不受薄膜的影响
需要防止产生光晕,以强调晶片表面与刻印字符之间的反差。
透明带不会产生镜面反射,因此可以选择斜向照射的漫反射光。
(3)透射图像例 无纺布异物检查
- 异物不明显
- 异物阴影明显
异物与工件色调相似,从表面上看难以判别,因此需要强调异物与工件表面之间的反差。
虽然利用反射光难以观察到异物,但是只要异物的厚度、颜色与工件之间存在差异,则可以通过采用来自工件背面的透射光使异物的黑色阴影显现出来。
要点
选择照明的第一步是根据工件的形状及检查目的,确定镜面反射、漫反射、透射等照明方式。下一步是选择照明的尺寸及光线颜色,以确保所得到的图像适于检查目的。
选择照明:第二步(确定照明方法与光线形状)
(1)镜面反射图像例 玻璃端面欠缺检查
仅使用反射光的情况下
照明光线通过镜面反射随机映射在玻璃表面
【根据工件及检查目的选择照明】
- 玻璃表面会映射照明光线。
- 需要强调玻璃与背景之间的反差。
- 建议使光线垂直照在工件上。
- 应确保工件上方有一定空间。
因此选择同轴入射照明是最适宜的
采用同轴入射照明后
玻璃表面成像均匀
(2)漫反射检查例 橡胶密封圈欠缺检查
仅使用反射光的情况下
不能看到圆周上的欠缺
【根据工件及检查目的选择照明】
- 工件是用黑色橡胶制成的,因此不会发生镜面反射。
- 欠缺部分也是黑色的,同样不会发生镜面反射。
- 如果采用某种镜面照射角度,使欠缺部分发生镜面反射,则可以达到检查目的。
- 可使光源接近工件。
因此选择低角度照明是最适宜的
(3)透射检查例 引脚形状检查
仅使用反射光的情况下
边缘部分不明显
【根据工件及检查目的选择照明】
- 工件是金属材料制成的,表面凹凸不平,不能产生均匀的镜面反射。
- 如使用透射光,则可以去除表面凹凸不平的影响,从而实现边缘检查。
- 工件背面可以设置光源。
因此选择面光(背光)是最适宜的
采用背光照明后
复杂的轮廓变得清晰了。
要点
在选择了镜面反射、漫反射或透射等照明方式后,根据检查目的、背景、周围环境等确定照明类型。
一般说来,镜面反射可选择同轴入射照明、环形照明或条型照明,漫反射可选择低角度照明、环形照明或条型照明,透射可选择面照明或条型照明。其中环形照明及条型照明的设置距离更加灵活,因此应用范围更广。
选择照明:第三步(决定光线颜色及波长)
最后根据工件及背景来选择光源颜色。
使用彩色照相机时一般会使用白光。如果使用黑白照相机,则需要掌握下面介绍的知识。
利用补色进行检测
为了检测纸箱中是否有红色包装的点心,分别使用了白色、红色及蓝色的 LED 光源。下图所示为三种光源造成的对比度差异。
-
- 使用白色 LED 时
- 亮度均一,没有反差。
-
- 使用红色 LED 时
- 红色包装较亮,但是效果仍然不够理想。
-
- 使用蓝色 LED 时
- 仅红色包装变成黑色,反差更鲜明,检查效果稳定 因此蓝色是最适宜的
小知识
补色:
色相环图中相对的颜色互为补色。用补色光照射时会产生近似黑色的效果。
利用波长进行检测
透过包装薄膜拍摄晶片上的刻印文字。与蓝色相比,选择薄膜透射率更高(散射率较低)的红色光源可以产生更好的反差。
波长不同的光线具有不同的颜色、透射率(例如波长较大的红色光线具有较高的透射率)、散射率(例如波长较小的蓝色光线具有较大的散射率)等特性。
刻印文字透过薄膜显现出来,反差更大。
因此应选红光
照明的理论知识 总结
选择适宜的光源可以得到良好的拍摄效果,从而有利于提高视觉系统效果。
选择光源时有一定的规律可循。一般说来,可按照下列步骤选择理想的光源。
- 决定镜面反射、漫反射、透射
- 决定光源形状(制式)和尺寸
- 决定光源颜色(波长)
下一个主题是彩色相机效果和预处理。
这是外观检测及位置检测等用途中,加工出更佳图像的重要要素。
下面就更佳颜色抽取和预处理选择的要点进行说明。