5.照明技术

   照明技术包括背光，漫射（也称为全亮场）照明，明场（实际上部分明场或定向）照明和暗场照明。

   一些技术的应用需要特定的光线和几何形状，或者相机，样品和光线的相对位置，而其他的则不然。 例如，标准明场条形灯也可以用于暗视场模式; 而散射光则专门用于这种情况。

   大多数视觉照明产品的制造商也提供具有各种技术组合的灯，并且至少在基于LED的品种的情况下，每种技术都可以单独寻址。 这种情况允许更大的灵活性，并且还可以降低潜在的成本，当许多不同的检查可以在一个单一的站而不是两个完成。 如果这些照明技术的应用条件和局限性以及检查环境和样品/光线相互作用的复杂性得到充分理解，就有可能开发出符合三个验收标准的有效照明解决方案。

图16.背光   后照明

   背光产生瞬间对比度，因为它在明亮的背景下产生黑色轮廓（图16）。 最常见的用途是检测是否存在孔和间隙，部分放置或定位或测量物体。 如果精确（子像素）边缘检测变得必要，通常使用具有光控制偏振的单色光（诸如红色，绿色或蓝色）是有用的。  

图17a  圆顶弥漫               图17b。轴上漫射               图17c平坦的漫反射

漫射（全明亮场）照明

   漫反射或全明场照明最常用于需要均匀但多方向光的有光泽的镜面反射率或混合反射率样本。 漫射照明的几种实现通常是可用的，但是有三种主要类型（图17a-c），其中半球形圆顶/圆柱体或轴上是最常见的。

   例如，漫反射顶灯在照明弯曲的镜面表面上是有效的，例如在汽车工业中常见的镜面。 同轴灯对于平面样品以相似的方式工作，并且在相对平坦的物体上增强差分成角度，纹理或地形特征方面特别有效。 为了有效，漫射灯，特别是圆顶品种需要靠近样品。

   轴向漫射照明的一个有用特性是，在这种情况下，您可能实际上利用了眩光，而不是拒绝或避免镜面眩光，如果它可以被隔离，以独特地定义所需的特征（一个或多个）强大的检查。

图18.定向明视场

部分明亮的领域或定向照明

   部分亮视野照明是最常用的视野照明技术，是日常使用的最为熟悉的照明，包括日光。 这种类型的照明与全亮区域的区别在于它是定向的，通常是从点光源，并且由于其定向性，它是产生对比度和增强地形细节的好选择。 但是，如果在镜面上同轴使用，会产生熟悉的“热点”反射，效率会低得多。

图19.暗场照明

   尽管在日常生活中使用这些技术，但暗场照明也许是所有技术中最不了解的。 例如，汽车前照灯的使用依赖于在路面上以低角度入射的光，从小的表面缺陷以及附近的物体反射回来。  

   暗场照明可以细分为圆形和线形，或者定向类型，前者需要特定的光头几何设计。 这种类型的照明以低入射角或中等入射角为特征，通常需要非常接近，特别是对于圆形灯头品种（图19）。

明亮的领域与暗场

下图说明了镜面上的圆形方向（部分明场）和圆形暗场光的实现和结果的区别。

图20 a。 镜子的明亮的领域图象     图 20b。 镜子的暗场图像（注意划痕）  

   暗场照明的有效应用依赖于这样一个事实，即入射到镜面上的大部分光线，否则将场景作为热点眩光泛光，被反射而不是朝向相机。 反射回摄像机的光线数量相对较少，就是碰到表面上一个小特征的边缘，满足“反射角等于入射角”方程（另见图21）。

图21.左边的花生脆袋在明亮的环形光下。 在右边，它是在一个黑暗的领域环光 – 注意缝非常明显。

6.应用领域

   图22示出了基于两种最普遍的粗糙表面特征的不同照明技术的潜在应用领域：（1）表面平坦度和纹理以及（2）表面反射率。

此图绘制了表面反射率，分为三类 – 磨砂，镜面，混合与表面平坦度和纹理或地形。 当您在图表上向右下方移动时，需要更多专门的照明几何形状和结构化照明类型。

  正如可以预料的那样，几何独立区域意味着相对平坦和漫反射的表面不需要特定的照明，而是任何光线技术都可能是有效的，只要它满足所有其他必要条件，如工作距离，通道，亮度和投影模式。

图22.照明技术应用领域：表面形状与表面反射率细节（虽然未显示，但任何照明技术在图的几何无关区域中通常是有效的）。

7.照明分析的顺序

   以下照明分析序列假设了照明类型，照相机灵敏度和光学知识以及对照明技术和视觉照明的四个基础的熟悉程度。 您可以将其用作清单，但绝不是全面的。 但是，它确实为标准化方法提供了良好的工作基础，您可以根据检查的要求修改和/或扩展标准化方法。

1. 立即检查物理环境

   ①物理限制

   在3D空间（工作音量）下使用相机，镜头和照明

   工作量的大小和形状

   最小和最大摄像机，照明工作距离和视野

   ②零件特征

   静态，移动或索引样本？

   如果移动或编制索引，速度，馈送和预期的周期时间？

   频闪？ 预期的脉冲速率，准时和占空比？

   有没有连续或震动的震动？

   这个部分是否在方向和位置上一致？

   任何环境光线污染的可能性？

   ③人体工程学和安全

   操作员交互的人在回路？

   与选通或强光照明应用相关的安全性？

2. 样品/光线相互作用

   ①样品表面

   反射率 – 漫反射，镜面反射还是混合？

   整体几何形状 – 平面，曲面还是混合？

   纹理 – 光滑，抛光，粗糙，不规则，多重？

   地形平坦，多个高程，角度？

   需要光照强度？

   ②构成和颜色

   金属，非金属，混合，聚合物？

   部分颜色与背景颜色

   透明，半透明或不透明 – 红外传输？

   UV染料，还是荧光聚合物？

   ③轻污染

   架空或操作台照明的环境贡献？

   来自另一个检查站的轻微污染？

   来自同一个检查站的轻微污染？

3. 兴趣的特点

4. 应用四个照明基石

   ①光照相机示例几何问题

   ②光模式的问题

   ③样本和背景之间的颜色差异

   ④用于短路，长路或带通应用的滤波器，包括极化

5. 照明技术和类型知识

   ①荧光灯与石英卤素灯相对于LED而言

   ②明亮的场地，暗场，漫射或背光

   ③视觉相机和传感器的量子效率和光谱范围

8.总结

   这种深入分析的水平往往会导致看似矛盾的方向，妥协是必要的。 例如，详细的样品/光线相互作用分析可能指向使用暗场照明技术，但是检查环境分析表明光线必须远离该部分。 在这种情况下，在暗场配置中定向的更强烈的线性条形光可能会产生所需的对比度，但可能需要更多的图像后处理。

   不管分析的水平和理解如何，在实验台上首先实际测试两种或三种灯光类型和技术，然后在实际的地板实施中尽可能实际测试通常是不可替代的。 而从零开始设计视觉检查和零件处理/展示时，最好先将照明解决方案放在适当位置，然后根据照明要求构建剩余的检查。

   对照明类型，技术，技巧和窍门的“工具箱”进行详细分析和应用的目的是帮助您达到最佳的照明解决方案，同时考虑并平衡人体工程学，成本，效率和一致的应用。 这有助于您更好地指导您的时间，精力和资源 – 在视觉系统设计，测试和实施的其他关键方面得到更好的使用。