光源知识介绍

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光源知识介绍

目录

一、光源作用 (2)

二、常见光源 (2)

三、关于光的度量参数 (2)

四、可见光的波长与颜色 (3)

五、可见光颜色合成与互补 (4)

六、颜色空间 (5)

七、光学基础 (6)

八、光源选择过程 (7)

九、不同结构光源介绍 (7)

十、应用案例 (9)

光源知识介绍

图像质量对整个视觉系统的图像处理来说，至关重要。选择正确的光源，对图像的质量至关重要。

一、光源作用

1、照亮物体，提高亮度；

2、得到便于处理的图像；

3、克服环境干扰。

二、常见光源

三、关于光的度量参数

1、辐射能和光能

辐射能是以辐射形式发射、传播或接受的能量，单位：J（焦耳），是辐射通量对时间的积分。

光能单位：Lm.s，是光通量对时间的积分。

2、辐射通量和光通量

辐射通量是以辐射形式发射、传播或接受的功率，单位：W（瓦）。

光通量指人眼所能感觉到的辐射功率，它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积，单位：Lm（流明）。

3、辐射出射度和光出射度

4、辐射强度和发光强度

5、辐射亮度和亮度

6、辐射效率和发光效率

7、辐照度和照度

8、辐照量和曝光量

四、可见光的波长与颜色

五、可见光颜色合成与互补

可见光颜色的本质是电磁波的震动频率，每一种波长对应一种颜色。其中红、绿、蓝色均不能由其他颜色的光调配出来，而他们按一定比例混合，可以组成包括白光在内的任意颜色，因此称此三种颜色为三基色。

相同色——两种颜色包含完全相同的基色成分

相近色——两种颜色的组合成分有差异，但差异不大

对比色——两种颜色没有任何共同成分

为了方便应用、理解，可以把可见光波段的颜色首位相接组成一个圆环，也就是所谓的24色相环，简称色环。

可见光具有下列特性：

（1）互补色按一定的比例混合得到白光。如蓝光和黄光混合得到的是白光。同理，青光和橙光混合得到的也是白光。

（2）颜色环上任何一种颜色都可以用其相邻两侧的两种单色光，甚至可以从次近邻的两种单色光混合复制出来。如黄光和红光混合得到橙光。较为典型

的是红光和绿光混合成为黄光。

（3）如果在颜色环上选择三种独立的单色光。就可以按不同的比例混合成日常生活中可能出现的各种色调。这三种单色光称为三基色光。光学中的三基

色为红、绿、蓝。这里应注意，颜料的三原色为品黄、青、洋红。但是，

三原色的选择完全是任意的。

（4）当太阳光照射某物体时，某波长的光被物体吸取了，则物体显示的颜色（反

射光）为该色光的补色。如太阳光照射到物体上，若物体吸取了波长为

400 ～435ntn 的紫光，则物体呈现黄绿色。

互补色对比——指24色相环上距离180°左右的颜色对比。

对比色对比——指24色相环上间隔120°左右的三色对比。

注：与物体表面自然色相同或相近颜色的光照射到物体上，反射率较高，对比色照射，反射率低。

六、颜色空间

常见的颜色空间有：RGB、HSV、HSL、CIE、CMY、CMYK（印刷）等。

根据我们常用的“平均色/色差”“面积重心”，来介绍RGB、HSV（也叫HSB，B指brightness 明度）。

1、RGB空间

RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准，是通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通

道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的，RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色，这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色，是目前运用最广的颜色系统之一。

2、HSV空间

hue色相、saturation饱和度、value色调。

色相（H）是色彩的基本属性，就是平常所说的颜色名称，如红色、黄色等。

饱和度（S）是指色彩的纯度，越高色彩越纯，低则逐渐变灰，取0-100%的数值。

明度（V），取0-100%。

3、RGB空间与HSV空间之间可以相互装换。

RGB虽然表示直接，但是RGB数值和色彩的三属性HSV没有直接的联系，不能揭示色彩之间的关系。

RGB和CMY颜色模型都是面向硬件的，而HSV颜色模型是面向用户的。

HSV本质上与RGB模式没有区别,只是产生颜色的方式不同。

七、光学基础

●费马原理

●光的直线传播

光在同种介质中沿直线传播

●光的反射

反射定律

●光的折射

折射定律

●光的散射

光线照射到粗糙表面时，会杂乱无章地向四周发射，这种现象称为光的散射。

波长越短，散射越强。

●光的偏振

八、光源选择过程

光源的作用，我们前面已经提到。

选择光源的过程：

●了解项目需求，明确要检测的目标

●分析目标与背景的区别，找出两者间最可能差异大的光学现象（如：选择光源颜色）

●根据光源与目标或之间的配合关系，确定光源的发光类型

●使用实际光源进行测试，以确定满足要求的打光方式

●确定光源型号

九、不同结构光源介绍

1、漫射背光投射

结构描述：

漫射背光源置于待测工件正下方，相机垂直拍摄。

主要应用：

存在性检测、计数、薄片边缘检测、定位和尺寸检测、透明体表面和内部不透明异物检测、透明体和半透明体突变和部分渐变缺陷、镂空打标检测等。

优点：

结构简单，价格低，非尺寸检测效果稳定，一般情况下图像只有黑与白，便于处理，亮度容易满足。

缺点：

大部分在线检测项目不方便使用，多层交叠不透明体会相互干扰；有一定厚度，带倒角、圆角的物体或圆柱体尺寸测量容易出现边缘发虚现象，结果会出现偏差，如果精度要求很高，则可靠性不高。

应用技巧：

光源面积够用即可，面积过大会影响边缘效果；光源距离工件远一些，效果会改善；

采用远心镜头，可提过稳定性；光源亮度不易过高。

2、平行背光投射

图像背景为黑色，为暗场照明。

结构描述：

平行背光源置于待测物工件正下方，相机垂直拍摄。

主要应用：

目标边缘形状导致，不适合使用漫反射背光源的精确边缘检测、定位和尺寸检测

等项目。

优点：

光线平行性好，图像效果佳，测量精度高，准确稳定。

缺点：

价格昂贵，安装调试要求高。

应用技巧：

光源与镜头必须调同轴，如果对不准，效果很差，一旦对准，效果会很好，调试好

后一定要稳妥固定，避免使用中因震动或外力导致错位。

3、低角度直射光应用

结构描述：

低角度照射，表面平整部位反光无法进入镜头，图像亮度较低，不平整部位反光杂乱，部分光线可以进入镜头，图像亮度较高。

主要应用：

表面划伤检测、打标字符检测和识别、表面异物检测、边缘尺寸检测、定位、倒角测量、冲压、浇铸字符图案检测和识别等项目。

优点：

便于安装，效果稳定。

缺点：

透明物体、区别表面划伤与边缘起毛的效果不明显，有些情况下现场限制光源的安装高度，会影响检测效果。

常用光源：

条形光、线性光、低角度环形光等。

4、高角度直射光应用

图像背景为白色，为明场照明。

结构描述：

高角度照射，表面平整部位反光比较容易进入镜头，图像亮度较高，不平整部位反光杂乱，部分光线进入不到镜头，图像亮度较低。

主要应用：

表面细微划伤检测、打标字符检测与识别、表面异物检测、边缘尺寸检测、定位、冲压浇铸字符图案检测与识别等项目。

优点：

效果明显，细节清晰。

缺点：

均匀性调节很难满足。

常用光源：

高角度环形光、条形光、面光源、同轴光、点光等。

5、折射光应用

结构描述：

光源置于待测工件下方或者一侧，直射光线从一平整表面透射进入工件内部并从另一侧透出，表面比较平整的位置光线会沿着一致的方向射出，表面不平整的位置光线经折射会照射向其他方向。

主要应用：

透明物体表面细微划伤检测、形状图案识别与检测、物体表面平整度与厚度均匀性检测等。

优点：

效果明显，细节清晰。

缺点：

有些情况下，安装不方便。

常用光源：

面光源、点阵光源等。

6、散射光应用

结构描述：

直射光从检测目标单侧照射，光线照射到微观粗糙结构时发生散射，没有散射的区域为暗场，图像中亮度较低，发生散射的区域亮度较高。

主要应用：

保证透射性能良好的情况下，尽可能选择波长较短的光源，如：紫外光。

玻璃、塑料等透明物体表面微划伤检测、表面激光雕刻字符识别与检测、透明薄膜边缘定位测量等项目。

优点：

效果明显，细节清晰。

缺点：

有些情况下，要求检测有效距离比较远，对光源亮度需要比较高。

常用光源：

线性光、条形光、点光等。

7、漫射无影光应用

结构描述：

此类光源大部分为二次光源。

主要应用：

不平整反光物体轮廓检测、定位、尺寸测量，弧形表面缺陷检测、表面雕刻、印刷图案识别与缺陷检测等项目。

优点：

照明均匀性好，效果稳定。

缺点：

镜面反射物体，光源会有倒影。

打光中心位置会有部分区域较暗。

常用光源：

球积分光源、拱形光源、四边无影光、环形无影光、超大面积面光、灯箱式光源等。

十、应用案例

1、字符检测

目标产品如下：

第一步：检测生产日期是否误印、漏印，采用字符检测功能。

第二步：字符的背景色为红色、黄色，字符为黑色，字符在打印时有上下位置的偏差，所以采用红色光源。

第三步：由于目标物材质为较光亮的塑料，所以采用了条形光+漫射片。

2、外观检测

目标产品如下：

第一步：检测胶体是否规则。

第二步：胶体颜色与背景色很接近。

第三步：由于胶体含有微量放射元素，所以采用紫外光源。