光源基础（1）——常见光源性能比对和好图像评价指标

 

       机器视觉系统的核心部分是：（1）图像的采集 (如何得到一幅好的图片)和（2）图像的处理(如何找到最有效率、最准确的算法) 所有的信息均来源于图像，图像质量对整个视觉系统极为关键。

        目前视觉行业中用于图像处理的软件，大多是一些图像处理软件公司所提供的软件包，如德国MVTec公司的HALCON，Cognex的VisionPro，Hexsight等。在处理软件性能差异很微小的情况下如何稳定、连续的获取好的图片将直接决定系统的稳定性。

        获取更好的图片的途径:根据工件的特性和现场的环境，通过打光实验，进行准确的光源选择，进而保证获取图片的稳定性和连续性。

光源的作用

机器视觉中的光源主要起到如下作用:

1.照亮目标，提高亮度

2.形成有利于图像处理的效果

3.克服环境光干扰，保证图像稳定性

4.用作测量的工具或参照物

照明系统是机器视觉系统最为关键的部分之一，直接关系到系统的成败，其重要性无论如何强调都是不过分的。好的打光设计能够使我们得到一幅好的图像，从而改善整个系统的分辨率，简化软件的运算，而不合适的照明，则会引起很多问题。

通过适当的光源照明设计可以使图像中的目标信息与背景信息得到最佳分离，从而大大降低图像处理的算法难度，同时提高系统的精度和可靠性。截止目前尚没有一个通用的机器视觉照明设备，因此针对每个特定的案例，要设计合适的照明装置，以达到最佳效果。

一幅好的图像应该具备如下条件:

1.对比度明显，目标与背景的边界清晰;

2.背景尽量淡化而且均匀，不干扰图像处理

3.与颜色有关的还需要颜色真实，亮度适中，不过度曝光。

      如下图所示，上排三幅为图像效果比较差的示例，对比度差将导致目标很难与背景分离，均匀性差会导致很难找到一个全局的灰度判别标准，一致性差会导致目标提取不完整等问题，下排三幅图分别为对比度、均匀性、一致性比较好的情况，这样的效果图像处理和信息提取都将会很简单、很稳定。

常见的视觉光源

能够发光的物体称为光源，目前所采用的光源分为两大类:自然光源和人造光源。

天然光源主要是指日光，其次还包括星光等，能够有效利用的主要是日光，星光只能用作导航的参照物;早期的人造光源主要是燃烧燃料的一些灯具，例如蜡烛、油灯或者燃烧木材和煤炭等，各种电力驱动的光源是近现代科技文明的成果其种类有很多，例如:热辐射类 (白炽灯、卤钨灯)、高低压气体放电灯类 (高压汞灯、钠灯)、 荧光灯和电致发光的固态光源 (发光板、发光二极管)等。

机器视觉常用的一些光源主要有:氙灯、高频荧光灯、光纤卤素灯、发光二极管等。

氙灯

使用寿命约1000小时;

优点:亮度高,色温与日光接近;

缺点:响应速度慢，发热量大,寿命短,工作电流大,供电安全要求严格,易碎。

 

荧光灯

使用寿命约1500-3000小时;

优点:扩散性好、适合大面积均匀照射

缺点:响应速度慢，亮度较暗。

 

光纤卤素灯

使用寿命约1000小时;

优点:亮度高;

缺点:响应速度慢，几乎没有光亮度和色温的变化。

 

LED

寿命约30000-100000小时;可以使用多个LED达到高亮度，同时可组合不同的形状;响应速度快，波长可以根据用途选择。

 

LED光源的优势:

1、可制成各种形状、尺寸及各种照射角度2、可根据需要制成各种颜色，并可以随时调节亮度;

3、通过散热装置使散热效果更好，光亮度更稳定;

4、使用寿命长(超过3万小时，间断使用寿命更长) ;

5、反应快捷，可在10微妙或更短的时间内达到最大亮度;

6、电源带有外触发，可以通过计算机控制.起动速度快，可以用作频闪灯;

7、运行成本低、寿命长的LED，会在综合成本和性能方面体现出更大的优势;

8、可根据客户的需要，进行特殊设计。

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