《電子技術(shù)應(yīng)用》
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機(jī)器視覺光源

2020-08-19
來源:百家號(hào)
關(guān)鍵詞: 視覺光源 LED 分辨率 控制器

機(jī)器視覺應(yīng)用中注意目標(biāo)顏色與光源顏色的搭配,。我們看到某個(gè)物體成某種顏色,是因?yàn)槠浞瓷淞藢?duì)應(yīng)的光譜,。即如果目標(biāo)是紅色的,,如果是白色的光照射或者是紅色的光照射,都有紅色的光返回,,那么在黑白相機(jī)中將會(huì)是白色的,,如果是藍(lán)色的光來拍攝,則沒有紅色的光可以反射,,那么其將會(huì)是黑色的,。

基于這樣的理論,我們拍攝物體時(shí),,如果要將某種顏色打成白色,,那么就得使用與此顏色相同或相似的光源(光的波長(zhǎng)一樣或接近),而如果要打成黑色,,則需要選擇與目標(biāo)顏色波長(zhǎng)差較大的光源,。

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而在鏡頭的分辨率(能分別最小兩點(diǎn)之間的距離)公式δ=0.61λ/NA,λ為波長(zhǎng),,NA為數(shù)值孔徑,。從中可以知道,當(dāng)NA固定時(shí),,使用不同波長(zhǎng)顏色的光時(shí),,鏡頭的分辨率是不一樣的。因此在使用光源時(shí),,同一支鏡頭在藍(lán)色光照下的分辨率通常會(huì)高于紅色光照條件,。

使用機(jī)器視覺LED光源,一般都提供幾種供電方式可供選擇,,常見的有5V,、12V、24V直流電源,,功率根據(jù)所用LED的數(shù)量多少而定,,電壓不同會(huì)引起什么區(qū)別呢?這和LED的特性有關(guān)。一般LED的工作電流在10mA~25mA,特別亮的LED可達(dá)50mA甚至更高,,而LED的電壓降一般為1.8V到3.3V,,因此通常每個(gè)LED上都串聯(lián)一個(gè)電阻(分壓電阻),這樣才能保證LED發(fā)光均勻,,而且在電壓波動(dòng)時(shí)不易損毀,。

那么,由于LED上的電壓降和通過的電流都是恒定的,,供電電源的電壓不同時(shí),,多余的電壓是串聯(lián)的電阻所承擔(dān)的,例如給一顆1.8V,、15mA的LED用24V供電時(shí),,需要串聯(lián)1.48KΩ[(24-1.8)/0.015=1480],此時(shí)電阻的功耗是0.015*0.015*1480=0.333W,,如果使用多個(gè)LED顆粒組合成光源,,光源會(huì)發(fā)出很高的熱量,這時(shí)必須采用風(fēng)扇等強(qiáng)制散熱手段,,否則光源的壽命會(huì)很短,。而同樣的LED使用5V供電時(shí),串聯(lián)電阻R=213Ω,,電阻的功耗為0.048W,,和24V供電時(shí)差了近7倍。這時(shí)僅僅靠對(duì)流產(chǎn)生的散熱效應(yīng)就足夠了,,不必用強(qiáng)制散熱的方法,。

既然用低電壓有好處,,為什么還使用12V,、24V呢?原因很簡(jiǎn)單,由于機(jī)器視覺用于工業(yè)生產(chǎn)線上,,一般24V是標(biāo)準(zhǔn)配置;另外電壓高時(shí),,搞干擾能力強(qiáng),而低壓則對(duì)電源和工作環(huán)境提出了更高的要求,。是使用恒流源還是恒壓源,,環(huán)境溫度有何影響等,均需要考慮,。

常亮還是閃亮圖片亮暗的控制,,除了快門、光圈,、增益外,,還可以控制光源的亮暗以及亮的時(shí)間來控制,我們先來看一下常亮光源和閃光的優(yōu)缺點(diǎn)。

如果保持穩(wěn)定的供電,,那么光源的亮度基本不變,,如果供電使用脈沖,脈沖的時(shí)間寬度和LED本身的響應(yīng)時(shí)間決定了發(fā)光時(shí)間,,若是這個(gè)時(shí)間小于相機(jī)快門開啟的時(shí)間,,那么相機(jī)的曝光程度是由光源發(fā)出的光通量決定的,如果大于快門時(shí)間,,則由快門決定,。

一般情況下,如果需要頻閃光源(時(shí)間小于快門速度),,傳統(tǒng)上使用普通的照相機(jī)閃光燈,,使用LED強(qiáng)度不夠,所以以往針對(duì)于LED光源來講,,閃光是指光源開啟時(shí)間大于快門時(shí)間的情況,。

頻閃控制器,通常采用的是超電流的方法,,即控制通過LED的電流超出標(biāo)定的值多少倍,,而使亮度增加,但是這種高負(fù)荷的工作狀態(tài)由于功率過大,,發(fā)熱嚴(yán)重,,對(duì)光源的壽命影響很大,所以通常通電時(shí)間都很短,,減少光源的工作時(shí)間,,以此來延長(zhǎng)光源的使用時(shí)間。

使用頻閃控制器,,可以獲得高亮的光源,,可以減少環(huán)境的影響,可以減少快門時(shí)間從而減少動(dòng)態(tài)拍攝時(shí)的拖尾現(xiàn)象,,而且如果只需要平常的亮度時(shí),,可以使用低亮度的LED發(fā)光管,可以降低成本,。

但是使用頻閃時(shí),,電源的成本會(huì)提高,而且同步問題也必須考慮,,頻閃控制器可以從外部輸出觸發(fā)信號(hào)來觸發(fā)光源,,也可以從外部輸出觸發(fā)信號(hào)來觸發(fā)頻閃控制器,本身輸出觸發(fā)信號(hào)同時(shí)觸發(fā)光源與相機(jī),,這樣能達(dá)到光源與相機(jī)觸發(fā)的同步,。

機(jī)器視覺光源的選擇是為了將被測(cè)物體與背景盡量明顯分別,,獲得高品質(zhì)、高對(duì)比度的圖像,。而且視覺光源的正確選擇,,直接影響系統(tǒng)的成敗,處理精度和速度,。


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