激光視覺的光源選型
一、視覺光源選擇標(biāo)準(zhǔn)
光源的選擇標(biāo)準(zhǔn)如下：
（1）光源均勻性要好，在有效的照射范圍內(nèi)，灰度值標(biāo)準(zhǔn)差要小；
（2）具有較寬的光譜范圍，可以對不同材料的物體進(jìn)行檢測；
（3）光照強(qiáng)度要足夠，提高信噪比，利于圖像處理；
（4）具有較長的使用壽命及較高的穩(wěn)定性，要保障光源在長時間運(yùn)行狀態(tài)下能夠持續(xù)穩(wěn)定的提供照明環(huán)境；
（5）成本低，易根據(jù)現(xiàn)場情況定制特殊形狀光源。
二、視覺光源的分類
激光視覺光源從大類上可分為普通自然光和人造光源，由光照強(qiáng)度、色溫及光源的幾何形狀來描述。在不銹鋼表面缺陷檢測系統(tǒng)中，為使采集到的圖像達(dá)到高質(zhì)量的要求，需要依據(jù)待檢測目標(biāo)的顏色、材質(zhì)和形狀，考慮所需光源的強(qiáng)度、光路和光譜等特性。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)優(yōu)先選擇明場照明方式，從而可以抑制自然光源及外界環(huán)境的干擾。常用光源及相關(guān)特性如表1所示。
| 類型 | 光效(lm/W) | 平均壽命/(h) | 色溫/K | 特點(diǎn) |
| 鹵素?zé)?/td> | 12~24 | 1000 | 2800~3000 | 發(fā)熱量大，價格便宜，形體小 |
| 熒光燈 | 50~120 | 1500~3000 | 3000~6000 | 價格便宜，適用于大面積照射 |
| LED燈 | 110~250 | 100000 | 全系列 | 功耗低，發(fā)熱小，使用壽命長，價格便宜，使用范圍廣 |
| 氙燈 | 150~330 | 1000 | 5500~12000 | 光照強(qiáng)度高，可連續(xù)快速點(diǎn)亮 |
| 激光 | 50000 | 全系列 | 具有良好的方向性、單色性與相干性 |
表1 主要光源類型及其特性
其中，LED光源具有發(fā)熱少、功耗低、壽命長、光譜范圍寬、發(fā)光強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，且可組合多樣化的外形。因此，常使用LED作為照明光源。
三、顏色相關(guān)檢測
在某些特定的檢測場合下，光源顏色的不同會對最后的成像結(jié)果產(chǎn)生不同的影響。光源的顏色特性主要體現(xiàn)在以下兩個方面：
- 色表：人眼直接觀察光源所看到的顏色，即光源發(fā)出光的顏色。
- 顯色性：光源發(fā)出的光照到物體上后，反（透）射光顯現(xiàn)物體顏色的能力。
根據(jù)光源的顏色特性，可以依據(jù)具體的檢測目標(biāo)來選擇最合適的光源，不同顏色的光是由其波長決定的，光譜特性圖如圖2.1所示。
圖1 光譜特性圖
下表2介紹了幾種常用顏色光源的特性及其適用領(lǐng)域：
| 顏色類型 | 特點(diǎn) |
| 白色光源 | 白色光源通常用色溫來界定,色溫高的顏色偏藍(lán)色(冷色，色溫>5000K)，色溫低的顏色偏紅(暖色，色溫<3300K)，界于3300與5000K之間稱之為中間色，白色光源適用性廣，亮度高，特別是拍攝彩色圖像時使用更多。 |
| 藍(lán)色光源 | ????波長范圍在430-480之間，廣泛用于金屬材質(zhì)的產(chǎn)品，如鋼軌，冷軋帶鋼，船舶加工件、手機(jī)外殼等。 |
| 紅色光源 | 紅色光源的波長通常在600-720之間，其波長比較長，可以透過一些比較暗的物體，例如底材黑色的透明軟板孔位定位、綠色線路板線路線路檢測，透光膜厚度檢測等，采用紅色光源更能提高對比度。 |
| 綠色光源 | 綠色光源波長510-530，界于紅色與藍(lán)色之間，主要針對產(chǎn)品：紅色背景產(chǎn)品，銀色背景產(chǎn)品（如鈑金，車加工件等）。 |
| 紅外光 | 紅外光的波長一般為780-1400，大多采用940波長的紅外光，紅外光屬于不可見光，其透過力強(qiáng)。一般LCD屏檢測、視頻監(jiān)控行業(yè)應(yīng)用比較普遍； |
| 紫外光 | ????紫外光的波長一般為190-400，主要采用385波長的紫外光，其波長短，穿透力強(qiáng)，主要應(yīng)用于證件檢測、觸摸屏ITO檢測、布料表面破損、點(diǎn)膠溢膠檢測等方面，金屬表面劃痕檢測等； |
表2 不同顏色光源的特點(diǎn)
光源在使用過程中除了具有波長特性，還與物體具有色相性。在光學(xué)中，將兩種色光以適當(dāng)?shù)谋壤旌隙墚a(chǎn)生白光時，則稱這兩種顏色為“互補(bǔ)色”。補(bǔ)色并列時，將會引起視覺上更強(qiáng)烈的對比感受，會感到紅的更紅、綠的更綠。如果希望提高缺陷顏色上的對比度來突出缺陷特征，則可以通過選擇色環(huán)上相對應(yīng)的互補(bǔ)顏色（圖2），這樣可以明顯地提高缺陷與背景的對比度。
圖2 互補(bǔ)色環(huán)圖
對易拉罐罐頂表面進(jìn)行劃痕檢測，如圖3（a）所示。由于罐頂表面印有大量紅色的文字，所以如果采用白色光源，文字的存在會對表面檢測產(chǎn)生干擾，大大增加了檢測的難度。如果對白底紅字的罐頂采用紅色光源照明，則可以過濾掉紅色的文字，如圖3（b）所示。
圖3 顏色相關(guān)性檢測
因此，根據(jù)光源與物體顏色相關(guān)性原理，合理運(yùn)用互補(bǔ)色可以過濾掉干擾項(xiàng)的影響。當(dāng)圖像采集設(shè)備為黑白相機(jī)時，對于特定顏色的背景，可以采用與特定顏色相近或者相遠(yuǎn)的光源來提高或者降低背景的亮度。例如表面背景為紅色時，在明視場，若要凸顯出缺陷與背景的差異，可以選擇與紅色相近的紫紅色或橙色光源。暗視場拍攝圖像，就需要選擇與紅色相差較遠(yuǎn)的青色光源。如果被測目標(biāo)顏色背景比較復(fù)雜，且需要獲取目標(biāo)的顏色信息，則需要選擇白色光源。不管選擇何種顏色的光源，其根本目的都是提高待檢測物體表面缺陷與背景的對比度。
