显微镜光源(机器视觉中“镜头”和“光源”小知识)

Posted 2023-05-28

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显微镜光源(机器视觉中“镜头”和“光源”小知识)

镜头篇

镜头的基本功能就是实现光束变换（调制），在机器视觉系统中，镜头的主要作用是将成像目标在图像传感器的光敏面上。镜头的质量直影响到机器视觉系统的整体性能，合理地选择和安装镜头，是机器视觉系统设计的重要环节。

基础知识

镜头匹配：大家如何选择合适镜头，镜头选配时需要选择与摄像机接口和CCD的尺寸相匹配的镜头。镜头C和CS的接口方式占主流。小型的安防用的CS接口摄像机得到普及、FA行业则大部分是C接口的摄像机与镜头的组合。对应的CCD尺寸、市场上一般根据用途使用2/3寸到1/3寸的产品。

互换性：C接口镜头可以与C接口摄像机、CS接口摄像机互用； CS接口镜头不可以应用在C接口摄像机，只可以应用在CS接口摄像机。

KERARE ：摄像机如果使用配备小CCD尺寸的镜头，那么周边没有摄取到图像的部分呈现出黑色，我们称其为KERARE。

镜头：将折射率不同的各种硝材通过研磨，加工成高精度的曲面、把这些镜头进行组合，就是设计镜头。从伽利略时代开始使用的普遍技术是其基本原理。为得到更清晰的图像，一直在研究开发试制新的硝材和非球面镜片。

光源篇

LED光源、卤素灯（光纤光源）、高频荧光灯。目前LED光源最常用，主要有如下几个特点：

· 可制成各种形状、尺寸及各种照射角度；

· 可根据需要制成各种颜色，并可以随时调节亮度；

· 通过散热装置，散热效果更好，光亮度更稳定；

· 使用寿命长；

· 反应快捷，可在10微秒或更短的时间内达到最大亮度；

· 电源带有外触发，可以通过计算机控制，起动速度快，可以用作频闪灯；

· 运行成本低、寿命长的LED，会在综合成本和性能方面体现出更大的优势；

· 可根据客户的需要，进行特殊设计。

LED光源按形状分类

1、环形光源环形光源提供不同照射角度、不同颜色组合，更能突出物体的三维信息；高密度LED阵列，高亮度；多种紧凑设计，节省安装空间；解决对角照射阴影问题；可选配漫射板导光，光线均匀扩散。应用领域:PCB基板检测，IC元件检测，显微镜照明，液晶校正，塑胶容器检测，集成电路印字检查。

2、背光源用高密度LED阵列面提供高强度背光照明，能突出物体。的外形轮廓特征，尤其适合作为显微镜的载物台。红白两用背光源、红蓝多用背光源，能调配出不同颜色，满足不同被测物多色要求。应用领域:机械零件尺寸的测量，电子元件、IC的外型检测，胶片污点检测，透明物体划痕检测等。

3、条形光源条形光源是较大方形结构被测物的首选光源；颜色可根据需求搭配，自由组合；照射角度与安装随意可调。应用领域:金属表面检查，图像扫描，表面裂缝检测，LCD面板检测等。

4、同轴光源同轴光源可以消除物体表面不平整引起的阴影，从而减少干扰；部分采用分光镜设计，减少光损失，提高成像清晰度，均匀照射物体表面。应用领域:系列光源最适宜用于反射度极高的物体，如金属、玻璃、胶片、晶片等表面的划伤检测，芯片和硅晶片的破损检测，Mark点定位，包装条码识别。

5、AOI专用光源不同角度的三色光照明，照射凸显焊锡三维信息；外加漫射板导光，减少反光；不同角度组合；应用领域:用于电路板焊锡检测。

6、球积分光源具有积分效果的半球面内壁，均匀反射从底部360度反射出的光线，使整个图像的照度十分均匀。应用领域:合于曲面，表面凹凸，弧形表面检测，或金属、玻璃表面反光较强的物体表面检测。

7、线形光源超高亮度，采用柱面透镜聚光，适用于各种流水线连续检测场合。应用领域:阵相机照明专用，AOI专用。

8、点光源大功率LED，体积小，发光强度高；光纤卤素灯的替代品，尤其适合作为镜头的同轴光源灯；高效散热装置，大大提高光源的使用寿命。应用领域:适合远心镜头使用，用于芯片检测，Mark点定位，晶片及液晶玻璃底基校正。

9、组合条形光源四边配置条形光，每边照明独立可控；可根据被测物要求调整所需照明角度，适用性广。应用案例:CB基板检测，IC元件检测，焊锡检查，Mark点定位，显微镜照明，包装条码照明，球形物体照明等。

10、对位光源对位速度快；视场大；精度高；体积小，便于检测集成；亮度高，可选配辅助环形光源。应用领域:VA系列光源是全自动电路板印刷机对位的专用光源。

光源的选型

一、前提信息

1、检测内容

外观检查、OCR、尺寸测定、定位

2、对象物

①想看什么？（异物、伤痕、缺损、标识、形状等）

②表面状态（镜面、糙面、曲面、平面）

③立体？平面？

④材质、表面颜色

⑤视野范围？

⑥动态还是静态（相机快门速度）

3、限制条件

①工作距离（镜头下端到被测物表面距离）

②设置条件（照明的大小、照明下端到被测物表面的距离、反射型or透射型）

③周围环境（温度、外观光）

④相机的种类，面阵or线阵

二、简单的预备知识：

1．因材质和厚度不同、对光的透过特性（透明度）各异。

2．光根及其波长之长短、对物质的穿透能力（穿透率）各异。

3．光的波长越长、对物质的透过力越强，光的波长越短、在物质表面的扩散率越大。

4．透射照明、即是使光线透射对象物、并观察其透过光之照明手法。

三、光源

1．稳定均匀的光源极其重要

2．目的：将被测物与背景尽量明显区分

3．摂取图像时、最重要之处是如何鲜明地获得：被测物与背景的浓淡差4．目前、在图像处理领域中最广范的技术手法是：二值化（白黒）处理为了能够突出特征点，将特征图像突出出来，在打光手法上，常用的包括有明视野与暗视野。

明视野：用直射光来观察对象物整体(散乱光呈黑色)

暗视野：用散乱光来观察对象物整体(直射光呈白色)具体的光源选取方法还在于试验的实践经验。

总结

机器视觉系统是一种非接触式的光学传感系统，其同时集成软硬件，能够自动地从所采集到的图像中获取信息或产生控制动作。

简言之，就是用计算机模拟人眼的视觉功能，从图像或图像序列中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于检测、测量和控制。

典型的工业机器视觉系统使用摄像机采集被测目标的图像信息，然后将模拟图像信息转换为数字图像信号传送给上位机的数字图像处理系统，处理系统中会根据图片的像素分布、亮度、标志点和颜色等信息，运算出被测目标的位姿和形态等信息，最后根据测试得到的信息控制驱动执行器进行响应的操作。

目前，机器视觉已在现代工业各个领域被广泛应用，在未来的发展空间将更加广阔，机器视觉技术必成为引导更高、更快、更稳定的自动化工业时代的“慧眼”。