视觉检测基础知识

视觉检测的基础知识

内容概略：

一、光源

二、镜头

三、相机

四、分辨率、精度、公差间的关系

视觉检测的基础知识（一）光源

觉检测硬件构成的基本部分和光源相关的最重要的两个参数就是光源颜色和光源形状。2016-7A p o l工业机器视觉系统的前沿应用视

一、什么是颜色？

颜色是通过眼、脑和我们的生活经验所产生的一种对光的视觉效应，我们肉眼所见到的光线，是由波长范围很窄的电磁波产生的，不同波长的电磁波表现为不同的颜色，对色彩的辨认是肉眼受到电磁波辐射能刺激后所引起的一种视觉神经的感觉。颜色具有三个特性，即色相，饱和度和明亮度。

▼简单讲就是光线照到物体，反射到眼中的部分被大脑感知，引起的一种感觉。通过色相Hue，，饱和度Saturation和明亮度Value来表示，即我们常说的HSV。当然，颜色有不止一种表示方法，RGB三原色也是另外一种表示方法。但是对人类最直观感受的方式是HSV。

二，什么是HSV？

色相Hue

▼如果将色彩分类，可分为含有颜色的有彩色与不含颜色的无彩色（黑、白、灰）两种。在有彩色中，红、蓝、黄等颜色的种类即称为“色相（Hue）”。

▼作为主要色相有红、黄、绿、蓝、紫。以这些色相为中心，按照颜色的光谱将颜色排列成环状的图形我们称之为“色相环”。使用此色相环我们即可求得中间色与补色。

饱和度Saturation

▼饱和度（Saturation）是指颜色的鲜艳度，表示色相的强弱。颜色较深鲜艳的色彩表示“饱和度较高”，相反颜色较浅发暗的色彩表示“饱和度较低”。饱和度最高的颜色称为“纯色”，饱和度最低的颜色（完全没有鲜艳度可言的颜色）即为无彩色。

明亮度Value

▼明亮度（Value）表示颜色的明暗程度。无论有彩色还是无彩色都具有明亮度。明亮的颜色表示“明亮度较高”，相反暗的颜色表示“明亮度较低”。无论有彩色还是无彩色，明亮度最高的颜色即为白色，明亮度最低的颜色即为黑色。也就是说，有彩色的明亮度可用与该亮度对应的无彩色的程度进行表示。

▼HSV的关系用一张图来表示如下：

三，补色

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。具有互补关系的颜色混合后变成无彩色。颜料混合（减色法）时呈黑色，色光混合（加色法）时呈白色。

▼例子：

四，波长与颜色的关系

▼如果将自然光用棱镜分解，则可见无色的光呈现出7种颜色。光的不同颜色是因波长而引起。从波长较短的光到波长较长的光，依次变化的顺序是紫、蓝、绿、黄、红。各种颜色的波长如下所示。

▼同时，由光的波粒二象性可知，短波长的蓝色光粒子性更强，实际应用中，更适合捕捉产品微小的瑕疵划伤。而红色光更适合需要穿透表面薄膜检测内部的应用。

机器视觉检测的基础知识（一）光源

光源形状：本节主要讲述常用的几类光环形状。

环形光源

▼最常见的LED光源，提供基本的照明作用。

▼随着光源距离产品的工作距离LWD变化而产生的亮度分布如下图。暖色表示亮，冷色表示暗。同时该图示是针对特定一款大小的环形光源的数据（下同）。

条形光源

▼最常见的LED光源，可对长尺区域进行均匀照射。同时通过角度改变可以完成多种照明效果。

▼比如安装为斜向照射，以漫反射光进行拍摄、辨别，从而避免产生引起光晕的镜面反射光。此外，还可将CCD与照明呈相同角度倾斜，以获取镜面反射光，从而突显出刻印等的边缘成分。

▼单个条形光源直接照明的亮度分布。

▼凸显边缘的应用实例。

▼连接器行业，给产品的端子头部照明，可以获得很好的效果。

▼经过组合，还可以做成如下图的可以调整照射角度的照明搭配。

碗形光源

▼常见的LED光源，可以实现照明效果是均匀的无影光。

▼发光原理和亮度分布如下图。

▼应用实例。

同轴光源

▼常见的L ED光源，其突出特点是具备高对比度，在检测镜面、光泽面或希望以光泽差异进行辨别时非常有效。

▼照射原理如下图。同轴光源从侧面将光线发射到半反射镜上，反射镜再将光线反射到工件上。镜面反射光可以返回到CCD，而工件表面如刻印伤痕等凹凸不平的部分产生的漫反射光则不能接受到。这样就使得工件的边缘点形成了对比度。而且，来自工件的光线越远，不能接受到的漫反射光就越多，形成更大的图像对比度和清晰度。

▼亮度分布如下。

▼应用实例。

低角度光源

和同轴光源的平行照射的理念正好相反，通过从小角度或几乎平行的角度照射LED，可仅突出边缘，轮廓或者表面的缺陷划伤。

▼低角度光源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CCD的光路，从而突出变化。

▼应用实例。

点光源

▼最大特点是节省空间，同时可以实现小范围高亮度照明。

▼此外，可以与C接口长焦镜头配合使用，在没有空间安装的地方，实现远距离照明。

▼同时，如果和远心镜头配合，还可以作为平行光源使用。

多角度光源

▼更加柔和的照明，以及放在不同高度可以实现不同的效果。

▼应用实例。

背光光源

▼以上介绍的所有通用照明的相同点是，光源位于相机和工件之间，使用正面打光，通过获取工件表面的反光而获得工件的表面信息。背光源不同的地方是，通常情况下使用时工件位于背光和镜头之间，通过工件阻挡光线通过，获取工件的轮廓信息。

▼背光光源通常情况下的安装图。偶尔也会有作正面均匀的用途。

▼应用实例。

以上介绍的即为常用的LED光源标准品类型。当然对于特殊的应用，也有很多种尺寸和形状的定制光源，有配合线扫描相机的线性光源，配合2.5D相机的多方向发光光源，配合贴片检测的多色AOI光源等等。市面上专业的光源供应商有日本的CCS，国内的V-light，OPT，CST等。