工研部-莊金雷：視覺檢測系統光源技術淺析

    視覺檢測系統中圖像處理算法的簡易和檢測的準確率較大程度的取決于原始成像情況。選擇合適的照明子系統可以獲得品質高，對比度明顯的圖像。采用較簡單的算法即可準確和快速地分割出被檢測的物體，從而得到被檢測物體的特征信息。

    目前視覺檢測系統中常用的光源有LED光源，高頻熒光燈，光線鹵素燈三類。該三類光源的選擇時主要考慮的因素如表1所示。

    光纖鹵素燈的光線可經光纖傳通過狹窄的區域傳輸到目標照明區域，其主要用于光源安裝空間有嚴格要求，光線傳輸狹窄或曲折等特殊場合。高頻熒光燈可在較大范圍內照度保持均勻，因此其可用于對照度均勻性在大范圍內較高的場合。LED光源因其可根據具體用途的不同，組成所需形狀的LED陣列，功耗低，壽命長，響應速度快，波長可進行選擇等優點，在現在的視覺系統采用最為廣泛。

    在視覺檢測中常用LED陣列，以使視覺成像區域的照度均勻。目前常見的LED光源有條形光源，環形光源，面形光源。由于不同的相機對不同波長的敏感度不同，為了獲得優質的原始圖像，可以采用不同顏色的LED光源，常見的LED光源的顏色有白色，紅色，藍色，綠色。

    光源決定著視覺檢測的效果，而LED光源是視覺檢測中最常用的光源類型，因此視覺檢測中LED光源照明方案設計至關重要。視覺檢測的LED方案設計主要包括LED光源照明方式和類型選擇設計。本小節主要討論光源的照明方式。

    LED光源常見的照明方式根據LED和相機的位置可分為背光照明和前向照明兩種。其中背光照明示意圖如圖(1)所示。前向照明根據LED光線和相機鏡頭光軸所成角度大小又分為高角度照明、低角度照明和同軸照明，其照明示意圖分別如圖(2a)，圖(2b)，圖(2c)所示。根據照明的光線和相機光軸的角度照明可分為明視場和暗視場，圖(3)中的相機位置1和相機位置2為明視場，相機位置3為暗視場。

    在視覺檢測中背光照明主要用于提取物體的輪廓信息，其對外界光具有較好的魯棒性。采用該方案時設置合適的光源亮度比較關鍵，尤其在工件精密的檢測中。亮度過高時在薄壁工件邊緣產生的衍射現象和亮度過低時圖像產生較多的噪點都會影響工件輪廓提取的精度。當其他參數設置相同的情況下，光源在高亮度和低亮度時工件的圖像分別如圖(4a)和圖(4b)所示。亮度高時輪廓模糊，亮度低時圖像噪點比較多。

    前向照明主要用于提取工件表面的信息，具體項目中采用的照明方式取決于光源的直射與散射、工件表面光整與粗糙及安裝的空間等狀況。以識別芯片的管腳和芯片上字符為例，相對明視場照明方式，采用LED散射光的暗視場照明方式可使字符和管腳的亮度和背景的亮度區別更加明顯。明視場和暗視場的效果圖分別如圖(5a)和圖(5b)所示。（研發部-莊金雷）