1、 编撰：YWB 机器 视觉 硬件 选型 计算 概述 V1.0 编撰：YWB 编撰：YWB 目录 1 相机 . 4 1.1 相机光谱 类型 4 1.2 相机像素 值 5 1.3 图像帧速 率和快 门速度 6 1.3.1 断续送料 的应用 . 6 1.3.2 连续送料 的应用 . 7 1.4 图像数据 传输 7 1.4.1 模拟传输 方式 . 8 1.4.2 数字传输 方式 . 8 1.5 其他要点 9 1.5.1 像素深度 . 9 1.5.2 传感器尺 寸 . 9 1.5.3 像元尺寸 . 10 1.5.4 C C D& C M O S . 10 2 镜头 . 10 2.1 靶面尺寸 11 2.
2、1.1 面阵相机 镜头 . 11 2.1.2 线阵相机 镜头 . 11 2.2 焦距 11 2.3 镜头分辨 率 12 2.4 接口类型 13 2.5 工作距离 14 2.6 镜头其他 参数 14 编撰：YWB 2.6.1 景深. 14 2.6.2 工作波长 . 14 2.6.3 畸变. 15 3 光源 . 16 3.1 光源类型 16 3.2 光源照射 方向性 17 3.2.1 反射类型 . 17 3.2.2 照射角度 . 17 3.3 光源光谱 23 3.3.1 光源颜色 . 23 3.3.2 光源波长 特性 . 24 3.3.3 几种光源 光谱使 用情况 汇总 对比 . 25 3.4 光
3、源亮度 调整 26 4 其他 . 27 4.1 各种滤镜 / 选配件 27 4.1.1 偏光镜 . 27 4.1.2 锐波滤镜 . 28 4.1.3 保护镜 . 28 编撰：YWB 机器视觉硬件选型计算概述 V 1 .0 本资料主 要包括 相 机、镜头 和光源 的 选型计算 概述。 1 相机 相机选型 主要参数包括： 相机 光谱 类 型、 相机 像素值 、 图像帧速 率 和快门 速度 、 像 素深度、 传感器 尺 寸 、像元 尺寸 。 1.1 相机光谱类型 相机光谱 类型 即 相 机色彩类 型主要 分 为彩色相 机和黑 白 相机。 在 处理图像 时 ， 彩色 照相机使 用的是 色 调 （颜色）
4、 数据， 而 黑白照相 机 使用的是 强度 （ 亮 度） 数据 。 首先 要 强调目前 市场上 同 等分辨率 的彩 色相机和 黑白相 机 价格差异 不大， 但是 同等条件 下仍然 优 选黑白相 机 （特别 是涉及 尺寸测 量） ， 主要原 因如下 ： 1 、 在图像边缘检测算 法中一般实现先将 彩色图片转换为黑 白 图片然后根据像素 之间像素 值差异实 现边缘检测 。在数 据 转换中会 存在像 素 信息的丢 失。 2 、 黑白相机 本身像 素 的准确度 要优于 彩 色相机。 3 、 黑白相机的处理速 度要更快，而且软 件上可省略彩色转 黑 白的时间 ，因此 系 统整体的 响应时 间 更短。 但
5、是在色 彩信息 可 以作为识 别区分 要 素的时候 ， 需要 选用 彩色相 机。 如下图 1 所示 为金色螺钉 识别 案 例， 需要通 过色彩 区分金色 和银 色。 编撰：YWB 图 1 识 别 金色 螺钉案例 1.2 相机像素值 机 器 视 觉 系 统 的 使 用 者 通 常 都 非 常 关 心 如 何 找 到 瑕 疵 或 裂 纹 的 最小可检 测尺寸 即 测量精度。 如图 2 所示， 机器 视觉系 统的测量 精度 取决于反 映目标 特 征的像素 数决定 的， 为保证测 量准确 性 通常一个 目 标 特征点 通常至 少对 应 16 （4 4 ） 个像 素点。 同一款 相机 的测量 范 围和
6、测量 精度成 反 比， 具体 测量范 围和 测量精度 的大小 取 决于镜头 放 大倍数。 图 2 图 片 像素 和测量 精度关 系示意 测量精度 与像素 值 对照 计算 示意 如图 3 所示 。 计算 测量精 度 需单 独核算 X 方向和 Y 方向精度 ，以下以 Y 轴像素精度 为例 。 A = 相机 Y 方向的 CCD 像素 B = 视野（Y 方向 ） (mm) C = CCD （像素） 上可检测 的最小 像 素尺寸 编撰：YWB 则，最小 可检测 尺 寸 = B x C A 。 图 3 测 量 精度 与像素 值对照 计算示 意 现在来估算一下使用百万像素相机在 60 mm 视野 (B) 时
7、的最 小可检测瑕疵尺寸。假定最小可检测像素尺寸 (C) 为 理想 值 ， 即 4 个像素 。 如果将 A = 1200 个 像素 、 B = 60 mm 、 C = 4 个 像素指定 给前述公 式： 最小可检 测尺寸 = 60 x 4 1200 = 0.2 mm 。 1.3 图像帧速率 和 快门 速 度 图像帧速 率和快 门 速度 的计 算主 要 是 涉及 运动 工件 在 线 检测， 分 两种情况 ： 断续 送 料的应用 和连续 送 料的应用 。 1.3.1 断续送料的应用 断续送料 的应用 中 ， 目标会停 止一段 时间以便 检测。 每 分钟可检 测的目标 数量可 根 据图像处 理系统 的
8、处理速度 来计算 。 此时： 1） 最大生产 线速度 = 视野 设备响 应时间 例如，要 求的最 小可检 测 瑕疵尺寸 是 0.2 mm 时，根据前表 ，二百 万像素 相 机的视 野可达 100 mm 。 如果设备响应时 间 是 50 ms，则 最大生产 线速度 = 100 mm 0.05 编撰：YWB sec. = 2000 mm/sec. 2） 设备响 应时间(sec.) =1/图像帧 速率(Frames/sec.)+ 图像 传输时 间(sec.)+ 软件处理 时间(sec.) +设 备动作 时 间(sec.) 1.3.2 连续送料的应用 连续送料 的应用 ， 除 需要考虑 图像帧 速 率
9、 还应该 考虑相 机 的快门 速度。 图 4 拍 摄 运动 物体图 像时高 速快门 和低速 快门图 像质量 对比 如 果 在 检 验 连 续 薄 膜/ 薄 板 时 ， 快 门 速 度 （ 曝 光 时 间 ） 设 置 得 不 够快， 则 捕获的 图 像会有些 模糊。 为 防止图像 模糊， 需 要设置快 门速 度， 以便在 相机捕 获 图像时， 目 标移动 距 离不超过 其自身 尺 寸的 1/5 。 快门速 度 = 要 求的 最小 可 检测瑕 疵尺 寸 5 生 产线速 度 例如： 要求 的最 小可 检测 瑕疵尺 寸 = 1 mm ，生产线 速度 = 1 m/sec 快门速 度 = 1 mm 5 1
10、000 mm/sec. = 1/5000 理想的 快门 速度 是 1/5000 。 1.4 图像数据传输 按照不同 的图像 传 输方式， 相机可 以大 略的分为 模拟相 机 和数字 编撰：YWB 相机。 1.4.1 模拟传输方式 模 拟相 机以模 拟电平 的方 式表达 视频信 号。 模拟相 机现在 使用 非常广泛 ， 其优 点 是技术成 熟、 成 本 低廉、 对 应的图 像 采集卡价 格也 比较低。8-bit 的图 像采集卡 可以提 供 256 级的 灰度， 对 于大部分 的 图像应用 已经足 够 了。 模 拟 相 机 有 四 个 非 常 成 熟 的 标 准 ： PAL 、 NTSC 、 CC
11、IR 和 RS-170 ，如表 2.1 所示。里面需要关注的参数有帧率、彩色/ 黑白、 分辨率。 表格 1 视 频模 拟信号 协议 标准 使用地 帧率 帧/ 秒 彩色/ 黑白 分辨率 PAL 欧洲 25 彩色 768 676 NTSC 美国、日本 30 彩色 640 480 CCIR 欧洲 25 黑白 768 676 RS-170 美国、日本 30 黑白 640 480 由上表可 以用看 出 ， 不同的标准 对应 不同的参 数， 这些 参数必 须正确采 用对应 的 图像采集 卡，才 能 获得准确 的图像 。 模拟相机 也有一 些 缺点， 比 如帧率 不 高 ， 分辨 率不高 等 等。 在高 速
12、、高精 度机器 视 觉应用中 ，一般 都 会考虑数 字相机 。 1.4.2 数字传输方式 数字相机 先把图 像 信号数字 化后通 过 数字接口 传到电 脑 中。 常见 的数字相 机接口有 CameraLink 、Firewire 、GigE 和 USB 。 1.4.2.1 Camera Link Camera Link 是 一 个 工 业 高 速 串 口 数 据 连 接 标 准 ， 它 是 由 National Instruments 、摄像头 供应商 和 其他图像 采集公 司 在 2000 年 10 月联 合推 出的，它 在一开 始就 对接线 、数据 格式 、触发 、相机 控 制等做了 考虑
13、， 所 以非常方 便机器 视 觉应用。Camera Link 的数据 传 编撰：YWB 输率可 达 1Gbits/s ， 可提供高 速率、 高 分辨率和 高数字 化 率，信噪 比 也大大改 善。 Camera Link 的标准 数据 线长 3 米， 最 长可 达 10 米。 如果您是 高速或 高 分辨率的 应用， Camera Link 肯 定是首 选。 1.4.2.2 Firewire Firewire 即 IEEE1394 ，开始 是为数 字 相机和 PC 连接 设 计的， 它的特点是速度快(400Mbits/s) ，通过总线供电和支持热插拔。另外 值得一提的是，如 果 PC 上自带 Fi
14、rewire 接口，那么不 需要为相机 额外购买 一块图 像 采集卡了 ，这在 成 本上也是 一种优 势 。 1.4.2.3 GigE GigE ， 即 千兆以 太 网接口， 它似乎 综 合了高速 数据传 输 和远距离 的特点， 而且电 缆 便宜( 网线) 。缺 点是 支持这种 接口的 相 机型号比 较 少，选择 有限。 1.4.2.4 USB USB2.0 带 宽可达 480 Mbit/s ，USB3.0 带宽可达 5Gbit/s。支 持热 插拔 ， 使用 便捷 。 相机可通过 USB 线 缆供电 。USB2.0 传 输距离可 达 5m ， 加中继可达 30m 。 缺点是没有标 准 协议；
15、主从(Master-salve) 结构 ， CPU 占用率高； 带 宽没有保 证。 1.5 其他要点 1.5.1 像素深度 像素深度 即每像 素 数据的位 数， 一 般 常用的是 8Bit ， 对 于数字工 业相机机 一般还 会 有 10Bit 、 12Bit 等 。在图像 颜色对 比 不是非常 明 显时，大的 图像 深 度有助于 边界识 别 。 1.5.2 传感器尺寸 传感器尺 寸(Sensor Size) 如 1/2 ” 1/3 ” 2/3 ” 等 。 传感 器尺 寸越 编撰：YWB 大, 理 论上可 以聚集更 多的感 光单元, 可以 获得更 高的相 素。 在相素 不 变 的 情 况 下,
16、 相 机 传 感 器 尺 寸 越 大, 噪 点 控 制 能 力 越 强, 因 为 单 个 感 光 元件之间 的间距 越 大, 相互之间 的信号 干扰越小 。 1.5.3 像元尺寸 像元大小 和像元 数( 分辨率) 共 同决定 了 相机机靶 面的大 小 。目前 数字工业 相机像 元 尺寸一般为 3 m-10 m ，一般像元尺 寸越小， 制 造难度越 大，图 像 质量也越 不容易 提 高。 1.5.4 CCD&CMOS CCD （电荷耦合器 件） 和 CMOS （互 补性氧化 金属半 导 体） 图 像传感器 是两种 不 同的数字 影像捕 捉 技术。 在不 同的应 用中， 二者 的 优势和劣 势也不
17、 同 。 就机器视 觉而言 ， 受到大量 手机成 像 器投资的 推动， CMOS 面 阵和线阵 成像器 开 始超越了 CDD 成 像器。 对 于大多 数的 机器视觉 面 阵和线阵 成像器 而 言， CCD 已不再 具备技术 优势。 在多数可见光成像应用中， CMOS 面阵和线阵成像器优于 CCD 成像器。然而，在高速低照明应 用中， CCD 时间 延迟积分成 像器优于 CMOS 时间延迟积分成像 器。在近红外成像 方面， CCD 面阵和线 阵成像 器 是更好的 选择。 在 紫外成像 中， 考虑 到全局快 照要 求， 能否 实施背 面 减薄表面 处理是 关 键。 此外 ， 低噪 声 要求也是 一
18、个 因素。 在这 一方面， 因为拥有 高读出 速 度， CMOS 的优势 比 CCD 更 为 明 显 。 总 而 言 之 ， 价 格 和 性 能 之 间 的 权 衡 都 会 影 响 对 CCD 或是 CMOS 的评定， 具 体取决于 杠杆、 规 模和供应 安全性 。 2 镜头 机器视觉 系统镜 头 选型主要 包括： 靶面 尺寸、 焦距、 镜 头分 辨率、 接口类型 、工作 距 离、景深 等选型 计 算。 编撰：YWB 2.1 靶面尺寸 靶面尺寸 也叫像 面 尺寸， 是相 机的传 感器尺寸， 镜头的 靶面尺寸 表征的是 镜头可 以 适应的最大 的相 机 传感器尺 寸。 目前， 工业相机 通 常使
19、用 CCD 或者 CMOS 传感 器作为像 面接收器 ， 有 面阵和 线阵两种 ， 其工作区 域的形 状 分别为矩 形或线 形， 传感器的 工作区 域 必须包含 在 镜头所确 定的像 面 圆形区域 之内。 在 镜头的参 数中， 也 经常使用 传感 器的大小 来表示 视 场大小。 2.1.1 面阵相机镜头 面阵传感 器是由 许 多像素单 元组成 的 一个矩形 阵列， 每个 像素单 元都是一 个 方形 传 感器。 面 阵传感 器的 大小通常 是以其 对 角线的长 度 来表示的 。 目前 常 用的面阵 传感器 有 ： 表格 2 相 机靶 面尺寸 靶面尺寸 1 英寸 2/3 英寸 1/2 英寸 1/3
20、 英寸 1/4 英寸 对角线(mm) 16 11 8 6 4 幅面尺(mm) 12.8 9.6 8.8 6.6 6.4 4.8 4.8 3.6 3.6 2.7 2.1.2 线阵相机镜头 线阵传感 器也是 由 许多像素 单元组 成 ，与面阵 传感器 不 同的是， 这些像素 单元排 成 一个单列 。 线阵 传感 器的大小 则是以 像 素单元的 数 量和大小 来表示 的 。 线阵传 感器的 规 格有 1K 、 2K 、 4K 、 8K 、 12K 等， 像素单元有 5m 、7m 、10m 、14m 等。 在镜头参 数中线 阵 相机以成 像圆直 径 近似表征 靶面尺 寸 。 2.2 焦距 主点到焦 点
21、的距 离 称为光学 系统的 焦 距， 这是 镜头的 重要 参数之 一， 它决 定了像 与 实际物体 之间的 比 例。 在物 距一定 的 情况下， 要得 到大比例 的像， 则 要求选用 长焦距 的 镜头。 编撰：YWB 图 5 物 象 位置 关系 如图所示 ： 放大倍数 = = （此处 需注 意传 感器 靶面 通常 为矩 形，计 算时 需要 考虑 短边 满足 尺寸 ） 焦距 f = 1 + 1 / 2.3 镜头分辨率 镜 头 分 辨 率 指 在 像 面 处 镜 头 在 单 位 毫 米 内 能 够 分 辨 的 黑 白 相 间 的条纹对 数 。 分 辨率 为 1/2d ， d 为线 宽。 单位是 “
22、 线对/ 毫米 ” （lp/mm ） 。 图 6 镜 头 分辨 率示意 在实际应 用中， 系统 的分辨率 也受到 成 像传感器 中像元 分 辨率的 限制。因 此在选 择 镜头时， 通常要 求 镜头分辨 率略高 于 像元分辨 率， 这样才能 使系统 的 分辨率达 到传感 器 限制的分 辨率。 L f w h W H F 编撰：YWB 镜头分辨 率计算 公 式 ： N = 1 2 （单位 lp/mm ） 其中 a 为物体 最小 分辨率要 求 ， 为镜 头放大倍 率 。 2.4 接口类型 在光学系 统中， 最后 一个光学 镜片表 面 的顶点到 像面的 距 离称为 后截距 （BFL ：Back Foc
23、al Length ） ， 对 于不同的 光学系 统 ， 其后截 距 都是不一 样的。 因 此 在安装镜 头时， 需 要 调节镜头 到相机 的 相对位置 ， 使相机底 片到镜 头 最后一面 顶点的 距 离满足后 截距的 要 求， 即使 底片 位于镜头 的像平 面 上。 相机接口 即为相 机 和镜头的 连接方 式， 同时也保 证了相 机 和镜头 的相对位 置。早 期 的相机一 般采用 螺 纹接口。 随着相 机 的不断发 展， 接口需要 传递更 多 的数据信 息，螺 纹 接口已不 能满足 相 机的要求 了。 1959 年， 尼康、 佳能 、美 能达这 三大日 本相 机厂家 各自推 出了 各自 的相
24、机接 口， 随 后 宾得、 莱 卡、 奥 林 巴斯等其 它厂家 也 相继推出 的自 己的相机 接口。 随着技术 不断进 步 ， 相机 功能 不断完 善， 各个厂 家的相 机接口也 几经变换 。目前 ， 常用的一 些接口 类 型如下表 所示： 表格 3 镜 头接 口 接口类型 法兰后截距 （mm ） 卡口环直径 （mm ） 使用卡口的品牌 C 口 17.526 1 （inch ） CS 口 12.5 1 （inch ） 4/3 口 38.58 46.5 Olympus 、Panasonic 、Leica F 口 46.5 47 Nikon EF 口 44.0 54 Canon EOS PK 口
25、45.5 48.5 Pentax 、Ricoh C/Y 口 45.5 48 Contax 、Yashica 编撰：YWB 2.5 工作距离 在选择镜 头时， 为 了确定系 统的空 间 尺寸， 往往 需要了 解镜头工 作时的物 距、 像 距 以及镜头 的两个 主 面之间的 距离等 参 数。 然而 ， 物 距、 像距均 是相对 与镜头光 学系统 的 主面位置 而言的， 而镜头的 主面 却难以直 接确定， 因 此物距、 像距 等参数 也难以直 接测量 得 到。 于是， 镜头厂家 提出了 工 作距离这 一参数 ， 同 时也给出 了在该 工 作距离处 镜 头的放大 倍率， 以 方便使用 者确认 系 统的
26、空间 尺寸。 然而， 目前 对于工 作距离的 定义还 没 有形成统 一意见， 主要有两 种定义。 第 一种定 义是指被 摄物体 到 相机底片 的距离； 另一种定 义是 指被摄物 体到镜 头 前端面的 距离。 目 前， 大部分 相机镜 头 厂家均 采用 第一种定 义。 2.6 镜头其他参数 2.6.1 景深 景深与物 镜的焦 距 、 光圈大小和 摄影 距离有关。 光 圈越 小 （F 数 越大） ， 或摄 影距离 越大， 景 深就越 大 ， 但远景 深度要 比 近景深度 大。 若在同一 距离用 同 一光圈值 摄影时 ， 焦距短的 镜头， 具 有大的景 深； 反之，长 焦距镜 头 的景深就 小。 2
27、.6.2 工作波长 光学镜头 都是针 对 一定波长 范围内 的 光波工作 ， 自物 面发 出的光 波， 在此 波长范 围 内的， 能 够通过 镜 头在像面 上成一 清 晰像， 而 且能 量衰减较 小；而 在 此范围外 的光波 ， 则难以校 正像差 ， 成像质量 差， 分辨率低 ， 而且 能 量衰减很 大， 甚 至 被光学介 质材料 所 吸收， 完 全不 能通过镜 头。 光就其本 质来说 就 是电磁波 ， 按照 波长 通常将其 划分成 不 同的光 谱波段， 如下表 所 示： 编撰：YWB 表格 4 光 线波 长 波 段 符号 波长(nm) 紫外 (UV) 100 380 真空紫外 VUV 100
28、200 远紫外 FUV 200280 中紫外 Middle UV 280315 近紫外 Near UV 315380 可见 (VIS) 380780 紫 Violet 380424 蓝 Blue 424486 蓝绿 Blue green 486517 绿 Green 517527 黄绿 Yellow green 527575 黄 Yellow 575585 橙 Orange 585647 红 Red 647780 红外 (IR)780nm1mm 近红外 NIR 780nm-3mm 中红外 MIR 3mm-50mm 远红外 FIR 50mm-1mm 项目中， 镜头的 工 作波长应 与相机 的 工
29、作波长 对应 。 2.6.3 畸变 对于理想 光学系 统 ，在一对 共轭的 物 像平面上 ，放大 率 是常数。 但是对于 实际的 光 学系统， 仅 当视场 较小时具 有这一 性 质， 而当视 场 较大或很 大时， 像 的放大率 就要随 着 视场而异， 这样就 会使像相 对于 物体失去 相似性。 这种使像 变形的 成 像缺陷称 为畸变。 若物面为 如图 5 （a ） 所示 的正方 形网格， 那么 ， 由 正畸变的 光学系 统 所成的像 呈枕 形，如图 5 （b ） ； 由负畸变 光学系 统 所成的像 呈桶形 ， 如图 5 （c）。 图中虚线 所示是 理 想像。 编撰：YWB 图 7 镜 头 引起
30、 图像畸 变示意 畸变在光 学系统 中 只引起像 的变形， 对像的清 晰度并 无 影响。因 此， 对于 一般的 光 学系统， 只要感 觉 不出它所 成像的 变 形， 这种 成像 缺陷就无 妨碍。 但 是对于某 些要利 用 像来测定 物体大 小 尺寸的应 用， 畸变的影 响就非 常 重要了， 它 直接影 响 测量精度， 必须予 以 严格校正 。 3 光源 光源选型 主要包 括 ： 光源原 理类型 、 光源照射 方向性 确 定、 光源 光谱选择 、光源 亮 度调整等 。 3.1 光源类型 光源类型 主要包 括 白炽灯、 氙 气灯、 荧 光灯、 LED ， 对比如 下表。 表格 5 光 源类 型对比
31、 光源类型 原理简介 优点 色温范围 缺点 备注 白炽灯 钨丝灯 亮度高， 可工 作在低电压 30003400K 的连续光谱 光转化效率低， 寿命短， 老化快 充满 卤素气体比起真空 可使灯泡寿命大大延长 氙气灯 氙气电离发 光 高亮度， 可频 闪 550012000K 的白光 供电复杂且昂 贵， 几百万次闪 光后会老化 荧光灯 气体放电产 生紫外线， 激 发磷盐涂层 产生荧光 交流供电可 直接连接电 源 30006000K 可见光 亮度会有频闪 不利于图像采 集 为避免图像明暗变化， 需使用不低于 22KHz 的供电频率 LED 发光半导体 寿命长， 可频 闪， 几乎无老 化， 亮度易控 制
32、，功耗小 受环境温度影 响大。温度越 高，性能越差， 寿命越短。 综上所述 ，目前 应 用最广的是 LED 光 源。 编撰：YWB 3.2 光源照射方向性 3.2.1 反射类型 工件表面 情况 （颜 色， 眩光， 表面加 工等） 会随 着工件 类型而变 化。 安装 照明角 度 时， 晕光 是需要 考 虑的重点 。 当亮 度 相同的照 明在 同一个角 度上分 别 应用于反 光和糙 面 工件时， 镜 面反射 （ 也叫正反 射） 光的成分 会在反 光 区域加强 ， 漫反 射 （也叫扩 散反射 ） 光成分会 在糙 面区域加 强。 根据 此特性调 节照明 或 相机角度， 就能加 强反光部 分或 使之变暗
33、 ，确保 对 工件能进 行稳定 的 ，可重复 的 检测 。 图 8 镜 面反射 和漫反 射安装 对比 3.2.2 照射角度 3.2.2.1 角 度照 射 在一定工 作距离 下 ， 光束集中 、 亮度 高、 均匀性 好、 照 射面积相 对较小 。 常用 于液 晶校正 、 塑胶 容器 检查、 工件螺 孔定 位、 标 签检查 、 管脚检查 、集成 电 路印字检 查等(30 、45 、60 、75 等角度 环光*) 。 编撰：YWB 图 9 角 度照射 示意及 实例 3.2.2.2 垂 直照 射 照射面积 大、 光 照 均匀性好 、 适用 于 较大面积 照明。 可 用于基底 和线路板 定位、 晶 片部
34、件检 查等（0 角 度环光、 面光源* ） 。 图 10 垂直 照射 示意及 实例 3.2.2.3 低 角度 照射 低角度照 射在很 小 的角度上 将光线 直 接照射到 工件上 。 通 常检测 工件的边 缘或表 面 上的瑕疵 对于标 准 的直接照 明都很 困 难。 由于 光的 方向几乎 与表面 平 行，表面 高度的 任 何变化都 会改变 到 相机的光 路， 从而突出 变化。 对 表面凹凸 表现力 强 。 适用于晶 片或玻 璃基片上 的伤 痕检查（90 度环光* ） 。 编撰：YWB 图 11 低 角度 照 射示 意及实例 图 12 低 角 度照 射实例 对比 3.2.2.4 背 光照 射 标准
35、的正 面照明 因 为形状， 颜色和 表面 加工等原 因会引 起 工件特 征的对比 度较低 或 不一致。 使用背 光光 源可以确 保光线 能 穿透工件 进 入相机。 如果工 件 不透光， 就会产 生 投影， 形 成高对 比 度和清晰 的轮 廓用于稳 定检测 。 即 使工件是 透明的 ， 可 能也具有 一定范 围 的密度 （ 例 如 薄层材 料或瓶 中的 液体 ） 。 通过工 件上 光线吸 收和透 射的 变化也 能 实现一定 的对比 度 。 背光照射 分为漫 射 背光和平 行背光， 对比如下 图。 从效 果对比可 以看出， 平行背 光 成像边缘 更清晰 ， 适合精密 检测。 平 行背光需 配合 远
36、心镜头 使用。 编撰：YWB 图 13 漫 射 背光 和平行 背光 示意 图 14 漫 射 背光 和平行 背光效 果对比 3.2.2.5 多 角度 照射 RGB 三种不同 颜色不同 角度光照，可以实 现焊点的三维信息 的 提取。 适 用于组 装 机板的焊 锡部份 、 球形或半 圆形物 体 、 其它奇 怪形 状物体、 接脚头 （AOI 光源） 。 编撰：YWB 图 15 多角度 照 射示意 及实例 3.2.2.6 圆 顶光 源照明 由于 LED 安装在表面且向 圆顶内 照 射， 因此圆 顶光源 会 向各个 角度发射 间接光 线 。 使用标准 照明时， 部件的直 接反射 会 形成反光 不 均匀的地
37、 方（晕 光） ，导致检 测和可 靠 性发生问 题。 因为圆顶 光源会 在 所有角度 上扩散 ， 形 状复杂的 工件就 会 被来自 所有角度 上的散 射 光照亮， 从 而消除 了反光不 均匀的 地 方。 工件均 匀 照亮后， 即可进 行 稳定可靠 的检测 。 图 16 圆 顶 光源 照射示 意 编撰：YWB 图 17 罐 头 底部 曲面上 的印刷 3.2.2.7 同 轴光 照明 类似于平 行光的 应 用， 光源前 面带漫 半 透半反镜 ， 形成 二 次 光源， 光线主要 趋于平 行。 但是半透 半反镜 容 易出现鬼 像。 用于 半 导体、 PCB 板、 以 及金属 零件 的表面成 像检测 ，
38、微小元件 的外形 、 尺寸测量 。 （同 轴光源， 平行同 轴 光源） 图 18 同轴光 照 射示意 图 19 同 轴光照 射实 例对比 编撰：YWB 3.3 光源光谱 3.3.1 光源颜色 红与绿、 蓝 与橙等， 在色相环 中位于 相 对位置的 色相组 称 为补色 。 补色 具有 最大的 对 比度水平 。 图 20 色相环 3.3.1.1 案例 1 ： 通过 补色照 明检 测工 件是 否存 在 红色的糖 果包装 纸 被放入 白 色纸盒 中 ，采用黑白 CCD 。 图 21 案 例 实物 图 下图显示 了使用 白 色，红色 和蓝色 光 源时各自 的对比 度 水平。 编撰：YWB 图 22 三
39、种 光源 使用对 比 3.3.1.2 案例 2 ： 通过 补色照 明的 检测 瑕疵 杯子内部 出现的 油 污（橙色 ）在品 质 管理中必 须检测 出 来。 图 23 案 例 实物 图 使用黑白 相机时 ， 红色或蓝 色光源 对 比度如下 。 图 24 红 蓝 光源 效果对 比 3.3.2 光源波长特性 要增强工 件特征， 利用照明 的分散 比 可以达到 很好的 效 果。 由于 蓝光的短 波长， 分 散比就比 红光要 高 。 因此蓝色 光源能 够增强红 色光 源下无法 显示的 刮 痕和表面 瑕疵。 编撰：YWB 图 25 光 线 光谱 特性图 在 下 面 两 个 案 例 中 ， 使 用 蓝 色
40、和 红 色 光 源 的 效 果 可 以 清 楚 地 看 到。根据 应用， 蓝 色光源对 于增强 瑕 疵，实现 可靠的 检 测比较理 想。 而红色光 源更适 于 消除表面 加工因 素 ，帮助防 止检测 部 件时的误 判。 图 26 检 测透明 塑料 片上的瑕 疵 图 27 检 测黑铁 板上 的表面瑕 疵 3.3.3 几种光源光谱 使用 情 况 汇总对比 综合光源 颜色和 光 源波长特 性，几 种 常见 色彩 光源对 比 如下： 编撰：YWB 表格 6 几 种色 彩光源 对比 光源色彩类型 适用场景 白色光源（W ） 白色光源通常用色温来界定, 色温高的颜色偏蓝色( 冷色，色 温5000K) ，
41、色温低的 颜色偏红( 暖色， 色温3300K) ， 界于 3300 与 5000K 之间称之为中间色， 白色光源适用性广， 亮度高， 特 别是拍摄彩色图像时使用更多。 蓝色光源（B ） 蓝色光源波光为 430-480 之间，适用产品：银色背景产品（如 钣金，车加工件等）、薄膜上金属印刷品 。 红色光源（R ） 红色光源的波长通常在 600-720 之间，其波长比较长，可以透 过一些比较暗的物体， 例如底材黑色的透明软板孔位定位、 绿 色线路板线路线路检测， 透光膜厚 度检测等， 采用红色光源更 能提高对比度。 绿色光源（G ） 绿色光源波长 510-530 ， 界于红色与蓝色之间， 主要针对产
42、品： 红色背景产品，银色背景产品（如钣金，车加工件等）。 红外光（IR ） 红外光的波长一般为 780-1400 ， 我司大多采用 940 波长的红外 光，红外光属于不可见光，其透过力强。一般 LCD 屏检测、 视频监控行业应用比较普遍 。 紫外光（UV ） 紫外光的波长一般为 190-400 ，我司主要采用 385 波长的紫外 光， 其波长短， 穿透力 强， 主要应用于证件检测、 触摸屏 ITO 检测、 布料表面破损、 点胶溢胶检测等方面， 金属表面划痕检 测等。 3.4 光源亮度调整 融合检测 条件和 照 明调整。 对 应每个 品种， 照明 的明亮 度需要调 整试验已 确定最 优 光源亮度
43、 。 图 28 不 同亮度 光源 下取得的 图像 编撰：YWB 4 其他 4.1 各种滤镜 / 选 配件 主要包括 偏光镜 、 锐波滤镜 、保护 镜 、抗蓝光 滤镜 等 4.1.1 偏光镜 偏 光镜 原理 如下图所 示。(1) 的光 是使用 偏光 镜 A 偏向 (2) 方 向的光。 薄膜面 （ 镜面反射 ） 会直 接 反射，(3) 的光 会被 偏光镜 B 遮 断。但是 ，由对 象 物表面（ 漫反射 ） 反射的光 ，会再 次 扩散成为 (4) 的光，仅 (5) 的偏 光成分可 通过 B 射 入相机。 图 29 偏 光 镜原 理示意 编撰：YWB 图 30 偏 振 片效 果示意 4.1.2 锐波滤镜 锐波滤镜 是从某 波 长范围开 始， 仅让 长波长的 光透过 的 滤镜。 通 过与红色 LED 光源组合使 用，可 降 低环境光 的影响 ， 拍摄图像 。 图 31 锐 波 滤镜 示意 4.1.3 保护镜 保护镜作 用主要 包 括： 防止镜 头维护 时受损， 让 镜头更 加持久耐 用； 镜头 维护时 只 需更换保 护镜， 滤 镜可用水 清洗； 防 止加工碎 屑划 伤镜头表 面；可 减 少因附着 油雾或 粉 尘而产生 的维护 工 时。
