光源、镜头

    一、光源   

         光源是影响机器视觉图像质量的重要因素，照明对输入数据的影响至少占到 30 % 。光照的目的是提高对比度，突出目标对象，以便提取出其轮廓等物理特征。

        光源包括条形光源、条形组合光源、背光源、同轴光源、无影光源、开孔面光源、球积分光源、球积分光源、环形光源、点光源、线性光源、红外光源、紫外光源等。

1）、条形光源：颜色、长度自由搭配，照射角度随意可调

特点：

1. 高密度LED阵列、高亮度照射
2. 多种紧凑设计、节省安装空间
3. 多任意角度照射、适合不同产品照明
4. 可选配漫反射导光、光线均匀扩散

主要应用：

1. 金属表面检测
2. 图像扫描
3. 表面裂痕检测
4. 边缘尺寸检测
5. 打标字符检测和识别
6. 冲压、浇铸字符图案检测和识别

2）、条形组合光源：长度、颜色、数量自由组合

特点：

1. 高密度LED阵列、高亮度照射
2. 四面光源独立可调0-90度
3. 四面光源亮度可单独控制
4. 安装方便、调整快捷

主要应用：

1. 大面积产品外观检测
2. 金属、塑胶表面划伤检测
3. 包装、条码检测
4. 冲压件整板检测
5. 大面积Mark点定位
6. PCB板元器件检测

3）、背光源

特点：

1. 采用高亮度LED阵列排列
2. 高亮度照明
3. 采用漫射导光、光线均匀性好

主要应用：

1. 外形轮廓对比
2. 产品零件尺寸检测
3. 透明、半透明物体划伤、破损、脏污
4. 气孔检测

4）、同轴光源：适合光滑表面划痕、裂纹检测

特点：

1. 采用特殊涂层，抑止反光，消除图像重影
2. 顶部采用光学玻璃保护，防止灰尘侵入
3. 采用特殊光路设计，使光亮更强
4. 使用独特分光镜减少光损，成像更清晰

主要应用：

1. 适合高反光材料表面划痕检测
2. 金属片、镜面产品Mark点定位
3. 印刷、字符检测
4. 包装条码、二维码检测

5）、无影光源：适合表面凹凸不平的产品检测

特点：

1. 特殊光路设计，实现四边或环形照明
2. 特殊漫反射设计，光线照射均匀
3. 适合表面凹凸不平的产品检测

主要应用：

1. 印刷字符、条码、标志、图文识别
2. 光滑塑胶、五金产品表面划伤缺陷检测
3. 反光性强的印刷标签检测
4. 冲压字符识别

6）、开孔面光源

特点：

1. 由上向下照明、辐射面积广
2. 多层散色发光、发光均匀性好
3. 尺寸可根据客户需求定制，可以实现大面积均匀照明
4. 整体照射均匀，成像效果好

主要应用：

1. 金属零件缺陷检测
2. 大面积电子元件字符识别
3. 大面积产品有无识别
4. 产品外轮廓定位检测

7）、球积分光源：适合检测表面反光、起伏不平的物体

特点：

1. 特殊的漫反射光路设计、实现多方向、多面照明
2. 光扩散面大，极适合波浪形表面及反光强的物体
3. 不同的照射距离，能产生不同的照明效果

主要应用：

1. 圆弧面表面缺陷检测
2. 手机、遥控器按键字符检测
3. 金属、玻璃等反光物体表面字符检测
4. 五金零件定位检测

8）、环形光源：凸显被测物的三维信息，有效解决对角照射阴影问题

特点：

1. 高密度LED阵列、高亮度照射
2. 多种紧凑设计、节省安装空间
3. 多角度照射、适合不同产品照明
4. 可选配漫反射导光、光线均匀扩散

主要应用：

1. 表面缺陷检测
2. 打标字符检测和识别
3. 表面异物检测
4. 边缘尺寸检测
5. 定位
6. 冲压、浇铸字符图案检测和识别

9）、点光源：体积小、亮度高、配合同轴远心镜头使用

特点：

1. 采用大功率LED，高亮度
2. 配合同轴镜头使用，发射均匀度较好的同轴光
3. 散热性能强，光源使用寿命长
4. 体积小，不占空间，无需安装支架

主要应用：

1. 狭窄空间视觉照明
2. Mark点定位
3. 微小工件表面检测
4. 芯片检测

10）、线性光源：大功率LED和独特聚光的结构，专用高速线阵项目

     特点：

1. 采用超大功率LED芯片高密度排列，亮度超强
2. 采用特殊光学聚镜使照明更均匀
3. 主要配套线阵相机采集图像

主要应用：

1. 大幅面印刷品缺陷检测
2. PCB板丝印质量检测
3. 烟草行业质量检测
4. 大面积玻璃质量检测
5. 键盘检测

11）、紫外光源：属于电磁波辐射的一段，波长越短，能量越强，穿透能力越弱

特点：

1. 长波UVA，具有较强的穿透能力，能穿透玻璃
2. 高纯度紫外光源相较于普通紫外光，波长更窄，纯度更高拥有更高的照度，图像更纯净，噪声更低

主要应用：

1. 防伪标识检测
2. 适合产品表面UV胶水检测
3. 通过激发荧光检测材料的有无
4. 利用光谱反射率的差异进行各种检测，如ITO

12）、AOI光源：采用RGB三色高亮度LED阵列而成，以不同角度及不同颜色照射物体， 以凸显物体的三维信息。

特点：

1. 采用高亮度直插灯珠，亮度高，且分布均匀
2. RGB三色单独可控
3. 安装方便

主要应用：

1. 检测电路板元件的焊接质量（如：检测PCB板漏件、错件、偏斜、漏焊、虚焊、多锡、无锡、桥接、极性误等缺陷）
2. 端子引脚尺寸检测
3. 颜色、条码识别检测
4. 印刷字符检测

13）、三色同轴光源、平行同轴光源特点应用场景和同轴光源一样

二、镜头

1）、工业镜头的参数

        1、焦距（f）：无限远目标的轴上共轭点是工业镜头的焦点，焦点到（像方）主面的距离称为焦距（透镜中心到其焦点的距离）。在不同物距上，目标的成像位置和成像大小又焦距决定。常用工业镜头焦距有：3.5mm，4.5mm，6mm，8mm，12mm，25mm，35mm， 50mm， 75mm， 10mm。

        2、光圈（Fno.）：光圈是一个用来控制镜头通光量装置，采用Fno.来表示，光圈越大，通光量越大，Fno越小。

        光圈对图片亮度的影响：相同应用条件下，同一镜头，光圈越大，通光孔径越大，图片越亮。

        3、视场/视场角：视场（FOV）和视场角是相似概念，是用来衡量工业镜头成像范围的

        视场角：在光学工程中，视场角是指镜头对图像传感器的张角

        视场（视野）：也叫视场范围，是指镜头能观测到的实际范围。镜头的视野大小和相机的分辨率，决定视觉系统所能达到的视觉检测精度。

        相同的工作距离下，焦距越短，视场角越大，视野也就越大；相同的焦距下，视场角一定，工作距离越远，视野越大。

        4、工作距离（WD）：镜头聚焦清晰时，被测目标到镜头最前端的距离成为工作距离。实际应用中，镜头不能对任意物距下的目标都同时聚焦清晰，因此镜头的工作距离有一定范围。

        5、分辨率（Ip/mm）/分辨力（mm）：分辨率和分辨力是倒数关系

                5.1、分辨率：指清晰度，是单位长度中的数量

                5.2、分辨力：指精度，是能分辨两条线之间的最小间隔

        6、像质：工业镜头的成像质量，通常用MTF和畸变来评估

        7、MTF：对比度衰减因子成像出现“模糊化”，通常用MTF来衡量成像劣质。单位：lp/mm

        8、畸变：是成像与实物有相对变形，是像面上不同局部的放大率不一致引起的，是一种放大率像差；畸变只影响成像的几何形状，不影响成像的清晰度。正畸变 = 枕型畸变，负畸变 = 桶形畸变

        9、景深：在物方空间内，可接受的能清晰成像的空间范围

   影响景深的主要因素：

        (1)、镜头光圈：光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大

        (2)、镜头焦距：镜头焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大

        (3)、拍摄距离：距离越远，景深越大；距离越近，景深越小

       10、接口：工业镜头需要与相机之间的连接方式通常称为接口；常用的固定接口有：C，CS，S口，F口，V口，M口等

2）、工业镜头类别

        1、按用途分：

              1.1、 普通工业镜头：  焦距越小，景深越大，畸变越大，渐晕现象越严重，使像差边缘的照度降低，光圈越大，图像亮度越高，景深越小，分辨率越高，一般像场中心较边缘分辨率高，较边缘光场照度高

              1.2、远心镜头属于定倍镜头，即一个镜头，一个放大倍率，一个工作距离；适用于高精度检测设备。包括物方远心镜头、像方远心镜头、双侧远心镜头。

        1.2.1、物方远心镜头：物方主光线平行于光轴，物距发生改变时，像高不会发生改变，测得的物体尺寸大小不变，主要用于工业精密测量，其畸变极小

        1.2.2、 像方远心镜头：像方主光线平行于光轴，使相机的芯片获得均匀的光线，因为只有平行于光轴的光线才能入射在CCD/CMOS芯片前面的微型镜片上，从而使图像不会出现阴影

         1.2.3、双侧远心镜头：

             优点：均匀性好，中心与边缘一样，消除了渐晕现象

             缺点：价格贵、笨重

        2、按焦距分

              2.1、定焦镜头：只有一个固定焦距，相较于变焦镜头，定焦镜头对焦速度快，成像质量稳定。

              2.2、变焦镜头：变焦镜头在不改变拍摄距离的情况下，可以通过变动焦距来改变拍摄范围。通过镜头中镜片之间的相互移动，使镜头的焦距在一定范围内变化，得到不同窄宽的视场角，不同大小的视野

3）、远心镜头使用场景：

1. 当需要检测有厚度的物体时（厚度>1/10FOV直径）
2. 当需要检测不在同一平面的物体时
3. 当不清楚物体到镜头之间的距离时多少时
4. 当需要检测带孔径、三维物体时
5. 当需要帝低畸变、图像效果亮度几乎完全一致时
6. 当缺陷只在同一方向平行照明下才能检测到时