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1、机器视觉光源概述
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。光源作为辅助成像设备,是机器视觉系统的重要组成部分,它为机器视觉系统的图像获取提供足够的光线。
2、光源的作用
机器视觉系统的核心是图像的采集和处理,所有信息均来源于图像,图像的质量对整个视觉系统极为关键,一副好的图像可以提高整个系统的稳定性,从而大大降低图像处理算法的难度,同时提高系统的精度和可靠性。
光源作用:可以照亮目标,提高目标亮度。
形成最有利于图像处理的成像效果。
克服环境光干扰,保证图像稳定性。
用作测量的工具或参照。
3、光谱
光本质上是一种电磁波,在整个电磁辐射波谱中,可见光只占 其中一小部分,波长在380nm ~ 780nm之间的那部分可以为人眼所感知,称为可见光。对不可见光,一般将波长在10nm-400nm之间的光称为紫外光,将波长在770nm ~ 1mm之间的光称为红外光。

4、工业场景常见光源
4.1、白炽灯

波长:主要集中在红外和可见光部分,波长范围为380nm-700nm。
亮度:较高,但随着温度升高亮度会下降。
均匀性:低,因为灯光在灯泡内部时光线无法均匀分布。
稳定性:低,因为白炽灯的发光效率随着工作时间和温度变化而变化。
寿命:短,正常工作条件下寿命约为1000-2000小时。
功率和能耗:较高,因为白炽灯的热损失和效率低,导致能耗大。
4.2、卤素灯

波长:主要集中在可见光部分,波长范围为380nm-720nm。
亮度:较高,因为卤素灯的热效率更高。
均匀性:较好,因为卤素灯的光线分布更均匀。
稳定性:高,因为卤素灯的发光效率相对稳定。
寿命:相对较长,约为3000-4000小时。
功率和能耗:较高,但相对于白炽灯有所改善。
4.3、 荧光灯

波长:主要集中在可见光部分,波长范围为380nm-720nm。
亮度:较高,但发光效率较低。
均匀性:较好,因为荧光灯采用的是汞蒸气弧光灯技术。
稳定性:较好,因为荧光灯的发光效率相对稳定。
寿命:较长,约为6000-10000小时。
功率和能耗:相对较低,因为荧光灯的发光效率较高。
4.4、LED灯
波长:可控制在红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等不同颜色,波长范围为380nm-1000nm。
亮度:较高,发光效率可超过100lm/W。
均匀性:较好,因为LED灯采用的是自发光技术。
稳定性:高,因为LED灯的发光效率相对稳定。
寿命:较长,一般为50000-100000小时。
功率和能耗:较低,因为LED灯的发光效率高。
4.5、激光灯
波长:由激光二极管产生,波长范围可达到1064nm-1720nm。
亮度:非常高,因为激光灯的发光效率极高。
均匀性:较好,因为激光灯的光线分布可精确控制。
稳定性:非常高,因为激光灯的发光效率非常稳定。
寿命:较长,一般可达到数万小时。
功率和能耗:相对较低,因为激光灯的发光效率高。
5、光源的基本性能
5.1、光通量
光源在单位时间内发射的可以引起人眼感光刺激的那部分辐射通量称为光通量,单位为流明(lm)。由于人眼对不同波长光的感光性能不同,不同波长的光源,即使辐射功率相同,其光通量也不一定相同,相机与人眼的感光范围和感光能力不同,在相同光通量下,相机与人眼感受的光的强弱也有差异。
5.2、光效率
光源消耗单位电功率所产生的光通量称为发光效率,是用光源发出的光通量除以电功率表示。其计量单位为流明/瓦(lm/w)。
5.3、发光强度
光源在空间沿着某一方向上,单位立体角内发出的光通量大小称为发光强度,单位为坎德拉(cd)。
5.4、光照度
被照面单位面积接受的光通量称为光照度,单位为勒克斯(lx)
5.5、均匀性
通常指光源发出的光线在某一受照面的一定范围内的照度值均匀,亮度一致。则称光源在该受照面的照度均匀。光源在该受照面的均匀性受到光源本身的设计以及工作距离和工作角度影响。
5.6、色温
色温表示光线中包含颜色成分的一个计量单位,从理论上讲,色温是指绝对黑体从绝对零度(-273℃)开始加温后所呈现的颜色。 黑体在受热后,逐渐由黑变红,转黄,发白,最后发出蓝色光。当加热到一定的温度,黑体发出的光所含的光谱成分,就称为这一温 度下的色温,计量单位为“K”(开尔文)、如果某一光源发出的光, 与某一温度下黑体发出的光所含的光谱成分相同,即称为某K色温。
5.7、显色性
显色性是光源的光照射到物体上所产生的客观效果和对物体真实颜色的显现程度。光源的显色性是由显色指数(Ra)来表明,它表示物体在光下颜色比基准光(太阳光)照明时颜色的偏离,能较全面反映光源的颜色特性。显色性高的光源对颜色显现能力较强,在其照射之下看到的颜色就比较接近自然原色,比较逼真;显色性低的光源对颜色的显现能力就比较差,在其照射下看到的物体颜色与自然原色差异也比较大。
6、基本光学原理
6.1、光的直线传播
光在同种均匀介质中沿直线传播
6.2、光的反射
光在两种物质分界面上改变传播方向又返回原来物质中的现象,叫光的反射。反射光线与入射光线、法线在同一平面上,反射光线和入射光线分居在法线的两侧,反射角等于入射角
6.3、光的折射
光从一种透明介质斜射入另一种透明介质时,传播方向一般会发生变化,这种现象叫光的折射。如下图,其中i为入射、i'为折射角、n1和n2分别为界面两侧物质的折射率。

6.4、光的散射
光线照射到微小构造时,不再严格遵循反射和折射等规律,其能量将以散射点为中心,杂乱无章的向四周发射出去,这种现象称为光的散射。
6.5、光的透射
当光入射到透明或半透明材料表面时,一部分被反射,一部分被吸收,还有一部分可以透射过去。被透射物体为透明或半透明体,如玻璃、滤色片等。透射率受物体材质和厚度的影响。光的波长越长,对物质的透射能力越强。
6.6、光的偏振
光是电磁波,是电场和磁场交互感应行进的一种能量传播,振动方向由电矢量表征;在光的传播过程中,光矢量的横向振动状态相对于传播方向表现出不对称性,称之为光的偏振性。
6.7、光的衍射

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