1、图 像 处 理 基 础 知 识 综合版本 上集2 图像处理基础知识 3 图像处理基础知识 镜头篇 - I 01 镜头的作用 04 02 图像处理中使用的镜头的种类 04 03 CCTV 镜头的结构（CA-LH/LHR 系列） 06 04 镜头的特性 07 镜头篇 - II 05 景深 08 06 镜头的分辨率 09 07 镜头的倍率 10 08 F 值 10 09 镜头安装 10 10 歪曲像差（失真） 10 11 色像差 112 图像处理基础知识 3 图像处理基础知识 综合版本 上集 拍摄篇 12 何谓像素 12 13 像素的结构 12 14 何谓像素直径 13 15 CCD 与 CMOS
2、不同在哪里？ 13 16 CCD 的大小 13 17 快门速度 14 18 何谓增益 14 19 正方网格和非正方网格 15 照明篇 20 光源的种类和特征 16 21 LED 17 22 扩散板以及偏光板 19图像处理基础知识 4 图像处理基础知识 5 5 从提高产品的缺陷检测的正确性和高效性角度而言，图像处理是一种不可或缺的技术。近年来，这个 领域的技术实现了突飞猛进，并且在生产现场等场所创造出众多成果。想要在现场正确实施图像处理， 就不能不学习掌握图像处理的基础知识。 此处，我们将就图像处理的基础知识进行说明。 01 镜头的作用 图像处理是一个将进入摄像元件（CCD）的光转换成电子信号，
3、并且将其作为数据进行使用的过程。其中最 重要的部分就是将光汇集到摄像元件的镜头。镜头根据光的折射原理，可以将来自拍摄对象的光汇集到一点 后成像。此时，汇集光线的点称为焦点，镜头中心到焦点的距离称为焦点距离。当镜头为凸镜时，焦点距离 将根据镜头的厚度（膨胀）程度不同而各不相同。膨胀程度越大焦点距离越短。 【光通过凸镜的的行进线路】 A. 平行于光轴的光发生折射后，经过焦点。 B. 通过凸镜中心的光保持原来方向行进。 C. 通过焦点进入凸镜的光发生折射后平行于光轴行进。 将此当作 CCD 结构来观察时，如果拍摄对象处于凸镜的焦点以外，来自拍摄对象的光将在镜头上发生折射， 并且形成一个上下和左右位置
4、相反的影像。我们将这称为实像，如果在此位置放置摄像元件，就可以映射出 实像。 A B C 凸镜的中心 凸镜的轴 焦点 焦点 实像 物体图像处理基础知识 4 图像处理基础知识 镜头篇 - I 5 5 02 图像处理中使用的镜头的种类 CCTV 镜头 本镜头应用于闭路电视（Closed Circuit TV）中， 主要应用在 FA 领域的检测和防盗 防灾领域的监视等用途。 由于镜片的数量较少，结构比较简单，因此体积较小并且成本较低。 一般来说，其特征为无论焦物距为多少，都可以进行均衡的象差校正。 一般的 CCTV 镜头 CV-L 系列 低失真镜头 CA-LHR 系列 不同点在此 KEYENCE 的
5、图像处理用镜头 在内部使用 8 块低色散镜片， 与一般的 CCTV 镜头相比， 它进行了特殊的光学设计，可 以将歪斜和色差控制在最小范 围内。 远心镜头 这是一种通过排列使得主光线通过焦点的镜头，设计时使其在视角接近 的状态下行进，也就是说主光线 相对于镜头光轴将平行行进。由于与光轴平行，因此很难发生歪曲像差（失真） ，可以高精度的捕捉拍摄对象 的尺寸和位置。在图像处理时需要高倍率低失真、并且深景深时，远心镜头将发挥其真正的价值。 远心镜头的效果 CCD 侧 CCD 侧 物体侧 物体侧 远心镜头 对焦状态下拍摄对象尺寸也不会发生变化。 一般的 CCTV 镜头 对焦模糊，拍摄对象的尺寸也会发生变
6、化。 光圈 误差一般的镜头 物体侧远心镜头 CCD、工件之间 距离变动 3 mm 时 原来图像图像处理基础知识 6 图像处理基础知识 7 7 03 CCTV 镜头的结构（CA-LH/LHR 系列） 浮动结构 所谓浮动结构，即指将多个镜头的前组和后组分别进行移动的功能。由此，可以在从近距离到无限远的范围 内获得高清晰度和高对比度。 【 通过多个镜头、浮动结构进行优化的光学设计 】 为了最大限度发挥出多个镜头的性能， 我们加入了浮动结构， 可以使内部各镜头组（分为前组、 后组）独立移动。 其结构为调整焦点时如果镜头的前组移动，后组也将移动到最合适的位置上，从而使得歪斜校正可以实现最 优化。在近距离
7、到无限远的范围内，通过始终将镜头组的位置关系保持在最佳状态，从而实现了高性能。 【 镜头结构的解说图 】 采用非球面镜头 通过采用非球面形状的非球面镜头，可 以抑制像差， 从而获得更加清晰的图像。 【 球面镜头和非球面镜头 】 镜头安装方式 镜头安装方式是用来连接 CCD 和镜头的，它拥有很多种类，如果两者不同时满足一定的条件，则不能保证 CCD 和镜头的兼容性。在机械结构方面，存在接合部的结构和尺寸的问题，在光学结构方面存在 CCD 侧 的法兰距离等问题，因此选择镜头时必须确认使用的 CCD 的支架。在 FA 行业使用的 CCD 的支架称为 C 支架，它多为内径 25.4 mm (1 in）
8、 、间距 0.794 mm（32 牙 /1 in）的规格。 前组 前组 后组 后组 光轴 光轴 球面像差 调整焦点时，后组将移 动，从而校正歪斜。 通过镜头边缘的光线的焦点 通过镜头中心附近的光线的焦点 光轴 后组校正量（浮动） 后组校正量（浮动）无限远时球面镜头 非球面镜头近距离时图像处理基础知识 6 图像处理基础知识 镜头篇 - I 7 7 04 镜头的特性 FA 行业的图像处理一般将拍摄对象到镜头的距离称为 WD （工作距离） ，将拍摄范围称为视野。视野由镜头 的种类和 WD、CCD 的英尺尺寸来决定。 工作距离（WD） 表示焦点对准拍摄对象时， 镜头顶端到拍摄对象的距离。也称为作动距离
9、。当为 CCD 时， 比例公式工作距离： 视野焦点距离 ： CCD 尺寸成立。 焦点距离 镜头中的一种规格为焦点距离 。FA 镜头中有代表性的镜头为焦点距离为 8 mm /16 mm /25 mm /50 mm 等规格的镜头。根据想要拍摄的拍摄对象所需的视野和焦点距离，可以求出对焦位置 WD （工作距离） 。 WD 和视野的大小由镜头的焦点距离和 CCD 的尺寸来决定，在无需连接环的最近距离以上时，可以套用以下的 比例公式。 WD ： 视野 焦点距离 ： CCD 尺寸例 焦点距离为 16 mm 镜头、CCD 尺寸 3.6 mm 时，如果想把视野设为 45 mm，则 WD 变为 200 mm 视
10、野 工作距离范围中的拍摄范围。一般来说，拍摄对象和镜头的工作距离越长，则视野越广（视野角） 。另外，视野 的广度由镜头的焦点距离来决定。我们将相对于视野，使用镜头可以拍摄的范围的角度称为视角或者视野角。 镜头的焦点距离越短，则视角越大，视野也就越广。相反，焦点距离越长，则可以放大远处的拍摄对象。例 视野 视角 视角 CCD 尺寸 45 mm 3.6 mm 16 mm WD=200 mm WD 焦点距离 焦点距离 焦点距离 CCD 元件 CCD 元件 镜头8 8 图像处理基础知识 9 9 图像处理基础知识 05 景深 是指使人感觉镜头对焦的深度范围（拍摄物体侧的距离） 。范 围较大时，称为景深深
11、 ，相反范围较小时称为景深浅 。 严谨的来说，对焦位置只有一个，只不过肉眼在一定的范围 内感觉图像能够清晰成像。我们将此范围称为景深。 专 栏 讲 座 1 是否每个像素的大小（像素直径）大的 CCD 景深深？ 景深的概念 我们拿 CCD 作为图像接收元件来举例说明 其原因。是否模糊，我们只要用 CCD 的 1 个像素的大小（像素直径）来考虑，就比较 容易了解。 图 1 表示在光学理论上对焦最准的状态。在 这一理想状态下，通过镜头折射的光的顶点 正好落在 CCD 元件上。 那么，图 2、3 情况又如何呢？ 光的顶点的位置与 CCD 的位置虽然有所偏 移，并没有与邻近的 CCD 重叠。 实际上，
12、图 1 到 3 全部的焦点都对焦成功了。 在 CCD 的 1 个像素的范围内即使焦点的大 小发生变动，也不会反映到（看不出区别） 通过电子信号输出的图像中。因此，我们将 在规定范围内焦点大小收缩 WD 的变化范围 称为景深。 也就是说 镜头、光学倍率相同时，单个 像素大小较大的 CCD 容纳的范围更广，因 此景深更深。 S1 焦点距离 + 近摄接圈的厚度 S2 工作距离 CCD 的 1 个像素 如下图所示，我们在拍摄斜面上粘贴表 示高度的胶带的这个对象时，针对调大 光圈的情况和调小光圈的情况进行比 较。 视野 CCD 15 mm 45 胶带 (3 mm) 调小光圈时的图像 (CA-LH25)
13、调大光圈时的图像 (CA-LH25) S1 S1 S1 A ： 对象向远方向偏移的状态 B ： 对象向近方向偏移的状态 S2 S2 S2 【图 1】 【图 2】 【图 3】8 8 图像处理基础知识 9 9 图像处理基础知识 镜头篇 II 专 栏 讲 座 2 景深根据光圈和焦点距离发生变化的原因 根据专栏讲座 1 中解说的原理来考虑的话，则答案很简单。无论哪个镜头，调小光圈则景深变深，这是 因为可以在保持 S1、S2 的值不变前提下将光圈的角度调小，由此可以将焦点的大小调小，使得对焦的 范围更广。 06 镜头的分辨率 镜头的分辨率不光使用在图像处理中，它是指所有光学测量仪器中使用的镜头可以观察的
14、最小间隔。如分辨 率为 10 m 的镜头，可以清晰的观察线宽为 10 m 、间距为 10 m 并列条纹线。分辨率不足时，人们感觉 2 根线好像重叠在一起，因此不适用于精度要求较高的检测。镜头的分辨率可以用下述的瑞利极限 *1 公式来 表示。 = 0.61 N.A. * 2（瑞利极限公式） : 使用波长 （可视光线时，一般用 0.55 m 来计算） N.A. : 对象镜头的开口数 N.A. = 2F : 光学倍率 F : 有效 No 想要提高分辨率，则增大对象镜头的开口数（N.A.）是十分重要的。 *1 瑞利极限（Rayleigh limit） 镜头的评价基准。由英国的物理学家瑞利勋爵提出。 *
15、2 开口数（N.A.） 求出镜头的分辨率等性能所用的指数。开口数越大，则越能获得明亮的图像。 S1 S2 A ： 对象向远方向偏移的状态 通过物理方法调小光圈， 将光点强制调小。 调小光圈则焦点的 大小变小。10 10 图像处理基础知识 11 11 图像处理基础知识 07 镜头的倍率 所谓倍率， 是指检测对象的实际大小与通过光学测量仪器成像大小的比率。 以往在通过显微镜的接眼部观察时， 我们使用光学倍率这一概念，但是近年来由于可以将观测对象物显示在液晶显示器上的系统不断增多，显示 器倍率这一概念也已经普及。 【 光学倍率 】 用数码相机的原理考虑时，光学倍率可以通过CCD 有效像素大小 视野来
16、求得。 【 显示器倍率 】 显示器倍率可以通过显示器对角 CCD 素子对角 光学倍率来求得。 08 F 值 F 值（或者光圈值）是指表示镜头的明亮度的基准。准确的来说，就是镜头的焦点距离除以镜头直径（口径） 得到的值。F 值的F来源于 focal （焦点的）这个词。 F = f D F ： F 值 D ： 镜头的直径 f ： 镜头焦点距离 事实上，镜头并不会让所有光线都透过，其中的一部分会反射。而且，为了减少像差使用多个镜头时，透过 的光量会变少。 因此，光的透过量较多，可以获得明亮成像的镜头我们称为亮 ，相反光的透过量较镜头则称为暗 。 可以大大影响镜头的明暗的要素之一，就是镜头的焦点距离和
17、直径的关系，也即 F 值，这个值较小的镜头称 为亮镜头 ，较大的镜头称为暗镜头 。一般的小型相机都会在镜头旁刻上F = 2.5 1:2.5的标记， 这就表示 F 值为 2.5。 在相机镜头的性能上，如果 F 值达到 2.0 左右，则表示这个相机的明亮等级非常高。 09 镜头安装 在可以更换镜头的视觉系统中，用来固定镜头的结构的意思。也称为镜头安装规格，一般来说单反相机的镜 头安装大家比较熟悉。在视觉系统，较多使用 C 安装、CS 安装。 10 歪曲像差（失真） 歪曲像差（失真）表示通过镜头成像的图像发生歪曲的状态。事实上不存在形状完美的镜头。因此，虽然从 理论上来说， 直射光通过镜头后会沿着直
18、线传播， 而实际上光通过镜头后会向外侧或者内侧歪曲。前者称为 桶 形失真 ，后者称为枕形失真 。10 10 图像处理基础知识 11 11 图像处理基础知识 镜头篇 II 歪曲像差在广角镜头时表现为桶形失真在变焦镜头时表现为 枕形失真。想要校正歪曲像差，则要使用非球面镜。 不同点在此 KEYENCE 的图像处理用镜头为了尽量减少本次介绍的镜 头歪曲，在 CA-LH 系列中采用浮动结构来校正歪曲像差， 在 CA-LHR 系列中采用浮动结构 + 非球面镜来校正歪曲 像差。 * 有关非球面镜请参考“镜头篇 I” 。 11 色像差 色像差的原理 所谓色像差，是指折射率根据可视光波长变化而变化，从而通过镜
19、头的成像发生偏移。折射率不同则意味着 焦点距离不同，不同波长的颜色混乱成像，从而感觉成像结果发生晃动。色像差（轴上色像差）的原理 色像差的种类 色像差分为轴上色像差和倍率色像差 种。 轴上色像差 ：由于折射率根据光的波长变化而变化，各自的焦点也不同，因此整体呈现模糊成像的状态。 倍率色像差 ： 由于成像的倍率根据颜色变化而变化，因此越靠近镜头边缘越会发生串色。 色像差的预防方法 想要解决色像差的问题，可以使用消色像差透镜，即组合 使用折射率不同的多个镜头的方法。另外，也可以使用波 长分散较少的荧石（氟化钙结晶）或 ED 镜片等作为镜头 的材质。 枕形失真 桶形失真 一般的光学镜片 低分散镜片
20、色像差 大 图像晃动 图像不晃动 色像差 小 通过消色像差透镜校正色像差 蓝 绿 红图像处理基础知识 12 12 图像处理基础知识 13 13 12 何谓像素 所谓像素，是指图像的最小构成单位。电脑中的图像，是通过像素（或者称为 PIXEL）这一规则排列的点的 集合进行表现的。每一个点都拥有色调和阶调等色彩信息，由此就可以描绘出彩色的图像。 例如 ： 液晶显示器上会显示分辨率 ： 1280 1024等。这表示横向的像素数 为 1280，纵向的像素数为 1024。这样的 显示器的像素总数即为 1280 1024 1,310,720。由于像素数越多，则越可以表 现出图像的细节，因此也可以说清晰度
21、更高 。 13 像素的结构 以 CCD 为主的 CCD 元件的像素，并不全都是为了输出图像信号而发挥作用的。像素可以分为总像素（表示 CCD 元件的全部领域的像素） 、有效像素以及实效像素（实际起作用的像素） 。 有效像素 ： 总像素中图像信号的像素。数码相机的性能标示中使用的则是有效像素数，这是在产品手则中规定的。 实效像素 ： 有效像素中用来保证产品性能的像素。 总像素范围 （水平 垂直像素数） 有效像素范围 （水平 垂直有效像素数） 实效像素范围 （水平 垂直实效像素数） 对角长度 （图像大小） 规定图像大小图像处理基础知识 12 12 图像处理基础知识 拍摄篇 13 13 14 何谓像
22、素直径 所谓像素直径，是指每个 CCD 元件的大小，通常使用 m 作为单位。严谨的说，这个大小中包含了受光元 件与信号传送通路。 （像素间距） 。也就是说，像素直径与像素间距的值是一样的。如果像素直径较小，则 图像将通过较小的像素进行描绘，因此可以获得更加精细的图像。 可以通过像素直径和有效像素数，求出 CCD 元件的受光部的大小。 【例如】 假设某个 CCD 元件的条件如下所示 ： 有效像素数768 484 像素直径8.4 m 9.8 m 受光部的大小为 横向 768 8.4 m 6.4512 mm 纵向 484 9.8 m 4.7432 mm 像素间距某个像素的中心到邻近一个像素的中心的距
23、离。 15 CCD 与 CMOS 不同在哪里？ CCD 以及 CMOS 都称为感光元件，都是将光学图像转换为电子信号的半导体元件。他们在检测光时都采用 光电二极管，但是在信号的读取和制造方法上存在不同。上述两者的相对的区别如下所示。 CCD CMOS 制造技术 比较困难 比较容易 （可以转而使用通用半导体制造装置） 制造成本 高价 低价 消耗电力 多 少 干扰 比较少 比较多 对光的敏感度 高 不如 CCD 16 CCD 的大小 CCD 感光元件的大小，一般分为采用英寸单位表示和采用 APS-C 大小等规格表示这 2 种方式。采用英寸表 示时，该尺寸并不是拍摄的实际尺寸，而是相当于摄像管的对角
24、长度。例如，1/2 英寸的 CCD 表示拥有相 当于 1/2 英寸的摄像管的拍摄范围 。 为什么如此计算呢，这是由于当初制造 CCD 的目的就是用来代替电视机录像机的摄像管的。当时，由于想要 继续使用镜头等光学用品的需求比较强烈， 由此就诞生了这种奇怪的规格。 主要的英寸规格的尺寸如下表所示。 尺寸 对角长度 拍摄区域 2/3 英寸 11 mm W8.8 H6.6 mm 1/2 英寸 8 mm W6.4 H4.8 mm 1/3 英寸 6 mm W4.8 H3.6 mm 1/4 英寸 4.5 mm W3.6 H2.0 mm 感光元件 CCD图像处理基础知识 14 14 图像处理基础知识 15 1
25、5 17 快门速度 表示 CCD 或 CMOS 感光元件中蓄积电荷的时间。如果快门速度为 1/250，则蓄积光的时间为 1/250 秒。快 门速度越快，则元件的受光量越少，相反如果快门速度越慢，则元件的受光量越多。也可以说，快门速度将 起到了调整光量的作用。关于快门速度和受光量（正确来说应该称为蓄积的电荷量） ，存在以下的关系。 【例如】 如果将快门速度基准定为 1/1000 秒（1 ms） ，则 快门速度变为 1/500 秒 （2 ms） ，则受光量变为 2 倍。 快门速度变为 1/2000 秒 （0.5 ms） ，则受光量变为 1/2。 18 何谓增益 所谓增益，是指将图像信号进行电子增幅
26、的过程。 用于图像处理的 CCD 中，配备了可以通过在暗处拍摄时增幅信号，从而看上去变得明亮的功能。另外，还 配有根据拍摄对象的亮度自动进行调整的增益控制功能等。 对象 在快门速度 1/10000 条件下进行图像比较 （ 在荧光灯照明的相同条件下进行的比较。 ） 不同点在此 KEYENCE 的图像处理 CCD 全部都使用本公司自行开发的 CCD。 在 CCD 上配备称为专用 ASIC （参照下图）的集成电路，可以从控制器自由设定图像导入范围、处 理领域、快门速度、传送方式等。这些功能只有控制器和 CCD 都支持，才能得以实现，即使更改设 定也不会增加处理时间。这也是配备专用 ASIC 的效果。
27、 以 往 只需处理来自 CCD 的图像 配 备 ASIC 指示最合适的图像后进行 收取、图像处理 专 栏 讲 座 何谓 ASIC ？ 这是 Application Specific Integrated Circuit 的缩写，读作 ASIC。 表示以所有定制 LSI （集成电路）特定的使用用途为目的制作的集成 电路（IC） 。 提高敏感度前 提高敏感度后 图像传送 CCD CCD 控制器 控制器 图像传送 图像调整指示图像处理基础知识 14 14 图像处理基础知识 拍摄篇 15 15 19 正方网格和非正方网格 所谓正方网格（阵列） ，是表示像素直径的像素的纵横比率相同。由于纵横比为一比一，
28、因此它的优点是无需 补正图像，就可以维持较高的精度。 案例 如果拍摄直径 10 mm 的真圆则会怎样？ 将通过非正方网格的 CCD 拍摄的图像数据直接用图像处理的像素（1 ： 1）进行显示，则圆变得横长，因此 必须进行图像补正。 1 1 1 1.28 像素 （PIXEL） CCD 受光部正方网格时（纵横比 1 ： 1）正方网格时非正方网格时（纵横比 1.28 ： 1）非正方网格时 像正方网格时 则如实呈现素 非正方网格拍摄后， 按照与正方网格相同 的比率进行转换 直径 10 mm 的真圆16 16 16 图像处理基础知识 17 17 17 图像处理基础知识 FA 现场在定位、检测等情况下使用到
29、各种各样的照明。 在选择照明时，必须在理解光源特性的基础上根据用途选择合适的照明。 20 光源的种类和特征 LED LED 是 Light Emitting Diode 的首字缩写，其含义为发光的二 极管（半导体元件） ，因此也被称为发光二极管。荧光灯是利用放 电现象间接的将电能转换为光，而 LED 则是直接将电子转换为光， 因此能量的转换效率较高 = 节省电力的光源。另外，由于 LED 还具 有使用寿命较长，波长（颜色）丰富等优点，因此近年来被广泛使 用于图像处理中。 荧光灯 将弧光放电现象产生的紫外线作为荧光体，从而发出可视光的光源。 一般来说，其结构为，在玻璃管的内侧涂上荧光体，将水银密
30、封在 里面，然后在管子的两端安装用来放电的电极。 在过去，由于它比白帜灯的寿命长而被广泛应用。其发光的颜色以 白色为主，此外还有昼光色、更加接近自然光的三波长荧光灯等。 另外，其形状分为直管荧光灯、环状荧光灯、灯泡型荧光灯等。 卤素灯 将氮气等惰性气体和碘元素等卤素气体密封在玻璃球内部，从而制 成的一种灯泡。发光原理与白帜灯相同，但是卤素灯具有灯光更加 明亮，使用寿命更长的特征。被应用于汽车的前照灯和商场的探照 灯、摄影棚的照明灯等用途。发光颜色只有暖白色。16 16 16 图像处理基础知识 拍摄篇 17 17 17 图像处理基础知识 照明篇 氙气灯 可以发出接近自然光的光源的放电灯。它是将疝
31、气密封在石英管中制成的。它与白帜灯相比，具有较明亮、 消耗电力较低、寿命较长的特色。也被称为 xenon lamp。主要被应用在映射装置的光源或者投光仪等用途。 可以分为短弧灯、长弧灯、闪光灯等。 金属卤素灯 高亮度放电等（HID）的一种，它是将金属卤素（卤化金属）和水银的混合蒸汽密封在灯内，通过弧光放电进 行发光的。也简称为金卤灯。它不仅亮度较高，而且还具有消耗电力较少，使用寿命较长等优点。 以往被使用在道路和隧道的照明。而现在还被应用在大型建筑物的室内照明、观赏鱼类的鱼缸照明、体育场 馆的晚间比赛照明等用途。 各种照明的相对特性 亮度 灯的使用寿命 颜色的种类 消耗电力 LED 稍差 长
32、丰富 节省电力 荧光灯 稍差 稍短 少 稍微节省电力 卤素灯 亮 稍短 少 多 疝气灯 亮 长 少 稍微节省电力 金属卤素灯 亮 长 少 节省电力 21 LED 基本结构 LED 是利用在 N 型和 P 型的接合半导体中通电而产生的电子的移动使得电子（-）和正孔（+）接触并结合时 发生的发光现象制作的。 光的波长（颜色）则将根据半导体的禁带（电子不能存在的领域）的大小不同而各不相同。 因此，出现了与各种波长对应的半导体材料。 近年来，由于发明了以氮化镓为材料的蓝色发光二极管、白色发光二极管，其用途也扩大到显示屏和照明等 用途中。 电源的流动方向 P 型半导体 N 型半导体 电子 （-）和正孔
33、（+）接触并结合时发光18 18 18 图像处理基础知识 19 19 19 图像处理基础知识 图像处理中经常使用 LED 的原因 LED 与荧光灯和卤素灯等照明相比，具有开关特性较好、寿命较长、形状较优等特点，因此被广泛使用在图 像处理中。 主要特征如下所示。 响应速度的快慢 LED 采用半导体元件， 具有卓越的开关特性。 因此元件单体的响应速度为 nsec （纳秒） 顺序， 其特征就是速度快。 长寿命 LED 的半值即为几万个小时，使用时间较长，与荧光灯相比其特色就是拥有数十倍乃至数百倍的使用寿命。 另外，LED 与荧光灯不同，重复开关也不会缩短寿命。由于其寿命较长，因此还可以节省更换的时间
34、，节省 成本。 其形状针对图像处理的优点 LED 的尺寸较小，因此可以根据生产线进行自由度较高的照明设置。 颜色数量和光的均衡性 LED 的特长是波长较为丰富。除了蓝色、白色、红色等可视光以外，还可以发出紫外线和红外线，因此可以 根据工件选择颜色。另外，其亮度没有光斑，具有卓越的均衡性。 这是点亮时间： 熄灭时间 1： 4， 进行间歇点亮时的相对光量的变 化情况。 100000 10000 1000 100 10 1 连续点亮 （蓝线）和间歇点亮 （红线）的比较 （代表示例） 相 对 光 量 ( ) 使用时间 (h) 100 90 80 70 60 50 4018 18 18 图像处理基础知识
35、 拍摄篇 19 19 19 图像处理基础知识 照明篇 22 扩散板以及偏光板 为了根据使用目的高效的运用光，可以使用扩散板以及偏光板。 扩散板 就是可以将光均衡的扩散到整个平面的薄片或者薄膜。以前是采用毛玻璃来发挥这一作用的。而今年来，扩 散板则被运用在液晶显示屏背面上安装的背光照明上。 偏光板 自然光中包含着各种方向的振动面。而偏光板就是用来从其中将一定方向的面的光抽取出来的。偏光板其实 就是设有极细的裂口（通孔）的板子，通过 1 张偏光板后，则可以抽取与裂口具有相同震动面的光。另外， 通过组合 2 张偏光板，可以实现光的透过和光的阻隔。 液晶显示屏就是应用这一作用制作而成的显示板，通过光的透过和光的阻隔实现图像的显示的。 只有拥有与偏光板 方向相同的振动面 的光才能透过 包含拥有各种振动 面的光 自然光 透过光 光 光 偏光 偏光 偏光板 偏光板 偏光板 偏光板 方向相同则可以透过 方向不同则不能透过 a b 无偏光滤波器 在 CD 盒表面上映射 照明。 有偏光滤波器偏光 通过偏光滤波器降低映射 亮度。* 6 4 2 5 2 9 * Copyright (c) 2011 KEYENCE CORPORATION. All rights reserved. CVLensTipComp-KC-EN0712-CS 1052-2 E 642529 Printed in Japan
