發光二極管（LED）無閃爍、低功耗和更長的使用壽命等優勢，令這一技術成為機器視覺系統應用的首選。為了恰當地為特定的産品提供照明，需要了解被照明産品的類型、這些産品被檢測的速率，以及如何借助LED照明裝置在圖像中突出産品的具體特征。

在很多情況下，恰當的照明可以增加圖像特征的對比度，便于檢查，減少了對昂貴的高精度相機和複雜圖像處理軟件的需求。這是系統集成商在開發機器視覺系統時優先考慮照明問題的主要原因。

由于在實際生産中每種應用都不盡相同，因此其對應的照明器件的選擇、使用光的顔色（或頻率）、運行模式都有所不同。

幸運的是，現在網上已經有很多文章極為詳細地讨論了這些不同的選擇要素。盡管這些文章對選擇光源用很大幫助，但它們仍然無法滿足每個特定應用的需求，因為每種特定産品的屬性大相徑庭。為了使每種特定的圖像都能獲得最大對比度，需要配備特定的照明元件，如背光源、環形光源、穹頂光源、線性光源，這些光源可能配置了運作在紫外（UV）到紅外（IR）波段的LED。

解決問題

首先列舉一個看似微不足道的例子——檢查汽車墊圈内的最大孔徑。最初，人們可能會考慮集成簡單的白色背光來完成此項任務。盡管這看起來是個再簡單不過的任務，但還是要考慮一系列因素，包括墊圈的尺寸、測量分辨率等。

為了給這類産品提供背光，系統中運用了不同尺寸和不同顔色的光源。例如，Advanced illumination公司提供的BLXXYY系列表面貼裝的LED背光源，具有多重波長，尺寸最高可達22英寸×34英寸。

如果這些LED背光源的尺寸規格還不夠大，還可以采用模塊化設計方法，使用邊到邊（edge-to-edge）背光，整合多重光源，為更大的物體提供照明。目前，包括Advanced illumination公司和Microscan公司在内的很多公司都可提供邊到邊（edge-to-edge）背光方案。

不同頻率

在測量特定部件（如汽車墊圈）參數的系統中，通常會用到漫反射背光。當使用漫反射背光時，LED光源的顔色或波長将影響獲得的分辨率，因為單色光可以提供更好的特性對比度。單色光可以減少相機透鏡中任何軸向與橫向的色差，從而能獲得更高的分辨率。

具有不同頻率的光源同樣适用于測量不透明容器中存儲的液體水平。在這些應用中，700~1000nm的長波長紅外光可以穿透紙和塑料等材料。紅外光同樣可用于食品檢測（如圖1所示）。在這個應用案例中，Smart Vision Lights公司的紅外背光被用于檢測藍莓中的日本金龜子。

圖1：a）使用白色背光照明檢測藍莓中的日本金龜子，藍莓和金龜子可以同時被看到。b）使用紅外背光照明，紅外光可穿透藍莓，被金龜子吸收，因此即使是被藍莓遮住的金龜子也能被檢測出來。

因為紅外光波長可以穿透藍莓，被金龜子吸收，因此即使是被藍莓遮住的金龜子也能被檢測出來。采用單一波長背光可以提升圖像系統的潛在分辨率，此外還可通過平行照明技術降低标準背光産生的漫反射，進一步提升分辨率。

平行光

實現平行光照明的一種方法是使用平行背光照明器，将LED陣列發出的散射光準直到與透鏡光軸相同的光軸上，這類典型産品是CCS America公司生産的MFU系列同軸照明器，這些同軸照明器從被檢測物體背後發射出平行光，抑制光的散射（如圖2所示）。

圖2：CCS America公司的MFU系列同軸照明器，從待檢測物體的背後發射平行光，抑制光的散射。同軸照明能夠提升圖像的分辨率。

Camera——相機

Object——物體

This model——模型

圖3給出了一個典型的應用案例：用背光源和同軸照明器兩種光源照射一個圖釘。當用背光照明圖釘時，光穿透透明物體，能夠檢查出圖釘内部的構造和缺陷（如圖3a所示）；但如果需要測量圖釘的尺寸，則采用同軸光，同軸光被折射成生銳利的黑色輪廓（如圖3b所示）。

圖3：a）當用背光照亮圖釘時，光透過透明物體，能夠檢查到圖釘内部的構造和缺陷。b）照射到圖釘上的平行光被折射，産生銳利的黑色輪廓。

同軸照明器為系統開發者提供了一種照明小型配件的方法；相比之下，遠心背光則提供了一種價格更高的替換方案。當物體需要超高精度測量時，通常選用遠心照明。

遠心照明

在遠心照明系統的設計中，LED的發散光被聚焦，從而降低照射物體輪廓時可能産生的漫反射。為了獲得盡可能高的分辨率，配備了遠心透鏡的相機會捕捉到檢測過程中越過或穿過物體的光線。随後，被捕捉到的來自物體的光線被聚焦、并且與光軸平行。

當用遠心照明被當作背光使用時，系統設計師可以為相機系統配備三種不同類型的遠心鏡頭。目前很多公司能夠提供遠心鏡頭，如Edmund Optics公司，遠心鏡頭的種類有：物方遠心鏡頭、像方遠心鏡頭和雙遠心鏡頭。當使用物方遠心鏡頭時，在鏡頭的遠心深度内，物體與鏡頭之間微小的距離變化不會改變物體的放大率。

當需要對物體進行精密測量時，該特性尤為重要，特别是在物體沒有被精确地放在像平面中時。同樣地，在像方遠心設計中，鏡頭到CCD或CMOS成像器之間的微小距離變化，并不會影像圖像測量的精度。

雙遠心鏡頭集成物方遠心鏡頭和像方遠心鏡頭的優勢，能夠提供最高的測量精度。與其他類型的背光一樣，遠心照明系統可以提供不同的尺寸和波長。Opto Engineering公司的LT CL系列可提供平行遠心背光，特征光束直徑範圍16~300 mm，并有紫外、紅光、綠光、藍光、白光和紅外光可供選擇。作為這些産品的補充，Opto Engineering公司還為面陣相機和基于線性掃描檢測器的相機提供雙遠心鏡頭。

為了展示遠心照明系統的效果，Light Works公司給出了一系列塑料護目鏡的圖片，并在護目鏡視場中放置了一根頭發（如圖4所示）。當用傳統鏡頭和散射背光成像時，得到的唯一的重要特征就是那根頭發（如圖4a所示）。使用遠心鏡頭及散射背光成像時，護目鏡鏡片上的劃痕和污點就顯現出來了，同時還顯示出了頭發右側的一跟長的彎曲粘性纖維線（如圖4b所示）。用遠心鏡頭及平行背光對同一護目鏡成像，該纖維線将顯示得更加清晰。

圖4：a）采用傳統鏡頭和散射背光對護目鏡成像，可以清楚地顯示出護目鏡鏡片上的發絲。b）使用遠心鏡頭及散射背光成像，可以看到護目鏡鏡片上的劃痕和污迹，以及發絲右側一條長的彎曲粘性纖維線。c）用遠心透鏡和平行背光成像，該纖維線将顯示得更加清晰。

衆多選擇

盡管背光是最為常用的物體照明方式，但它并不是系統集成商的唯一選擇。通常，條形碼、瑕疵、打印質量和色彩測量等2D特性，均能在物體表面被觀測到。需要再次指出的是，不論是同軸照明系統還是離軸照明系統，都可以采用多種照明光源，如各種不同配置和波長的點光源、環形光源、穹頂光源及線性光源。

每種光源都有其特定的檢測照明适用範圍。在合适的波長選擇正确的照明方案，将極大地提高被測對象的對比度，确保更高效地實現更加精密的測量。

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