LED光源应用介绍

Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang1 LED光源应用介绍光源应用介绍 Steven (王升王升) Advanced illumination,Inc. Asian Sales & Application Office Tel: 86-755-26623200 Email: swang 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang2 主 要 内 容主 要 内 容 LED光源特点光源特点 对照明光源的评价 Ai 公司及LED光源 怎样选择LED光源 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang3 1.常见的机器视觉照明光源常见的机器视觉照明光源 ? 发光二极管发光二极管(LED - Light Emitting Diode) ? 光纤卤素灯光纤卤素灯(Quartz Halogen W/ Fiber Optics) ? 萤光灯萤光灯(Fluorescent) ? 金属卤化物(Metal Halide Microscopy) ? 氙气灯(Xenon) ? 高压钠(High Pressure Sodium) ? 紫外线(Ultraviolet-Black Light) ? 红外线(Infrared) ? 电光(Electro-luminescent) 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang4 萤光灯萤光灯 光纤卤素灯光纤卤素灯 LED灯灯 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang5 2.光源的比较光源的比较 LED-LED灯灯 Fluorescent-萤光灯萤光灯 Quartz-光纤卤素灯光纤卤素灯 Life Expectancy-平均寿命平均寿命 Intensity-强度强度 Application-应用灵活性应用灵活性 Stability-稳定性稳定性 Heat Output-发热量发热量 Cost-成本效率成本效率 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang6 种类光波亮度寿命种类光波亮度寿命 (hrs)注解注解 LED多种从亮到很亮 达到 100,000 长寿命 稳定的输出 小面积 * 萤光萤光 白光， 兼有 蓝光/绿光/黄 光 高 5000 到 7000 便宜 需要高频 低发热 卤素光卤素光 白光， 兼有 黄光 很亮200 to 到 3000 便宜 高发热 氙光氙光 白光， 兼有 蓝光 很亮3000 到 7000 昂贵 稳定 电镀光电镀光绿光暗淡 2000 到 5000 很微弱 低热 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang7 3.LED光源的优点光源的优点 ?多形状多形状 ?长寿命长寿命 ?防震防震 ?上电反映快上电反映快 ?多颜色多颜色 ?综合运行成本低综合运行成本低-省电省电 Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang8 主 要 内 容主 要 内 容 LED光源特点 对照明光源的评价 Ai 公司及公司及LED光源光源 怎样选择LED光源 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang9 美国美国Advanced illumination公司公司(简称简称Ai)位于 美丽的佛蒙特州 位于 美丽的佛蒙特州(Vermont)，专注制造各种，专注制造各种LED照 明光源。从 照 明光源。从90年开始，年开始，Ai公司就开始在机器视觉 工业中开发可靠高效的 公司就开始在机器视觉 工业中开发可靠高效的LED光源，光源，93年正式成立年正式成立 LED光源设计制造公司。光源设计制造公司。Ai光源在世界机器视觉领 域有着非常好的声誉 光源在世界机器视觉领 域有着非常好的声誉产品线齐全，质量可靠，是 世界上知名的几家 产品线齐全，质量可靠，是 世界上知名的几家LED光源制造商之一。光源制造商之一。 Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang10 ? 组结结构组结结构 Ai 现有员工近现有员工近70人，主要部门有： 产品研发部，运作部 人，主要部门有： 产品研发部，运作部(工厂工厂)，财务管理部，市场销售部，特别产品开发部 等。 ，财务管理部，市场销售部，特别产品开发部 等。 ?主要分支主要分支 美国中西部美国中西部Office 欧洲欧洲Office(德国德国) 亚洲亚洲Office(中国中国) ?主分合作伙伴主分合作伙伴(Partner) Cognex PPT Emund Optics Avalon Vision IPD Keyence NI Omron Sick 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang11 点光源点光源(Spot lights) 条形光源条形光源(Broad Area Linear Arrays) 背光源背光源(Back lights) Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang12 线光源线光源(Line lights) 环形光源环形光源(Ring lights) 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang13 圆顶光源圆顶光源(Diffuse lights) 同轴光源同轴光源(Axial Diffuse lights) Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang14 彩色光源彩色光源(RGB lights) 定制光源定制光源(Custom lights) 各种附件各种附件(Accessories) Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang15 模拟控制器模拟控制器(CS100/CS300) 数字控制器数字控制器(CS420/CS410/MS220/MS210) 频闪控制器频闪控制器(S4000/S6000/Pulsar 710) 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang16 主 要 内 容主 要 内 容 LED光源特点 对照明光源的评价对照明光源的评价 Ai 公司及LED光源 怎样选择LED光源 Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang17 对光源的评价对光源的评价 -1.光源能够帮助视觉系统什么？光源能够帮助视觉系统什么？ ?机器视觉系统第一步就是要得到一幅好的图 像，没一个好的照明，是不可能得到一幅好的 的图像； 机器视觉系统第一步就是要得到一幅好的图 像，没一个好的照明，是不可能得到一幅好的 的图像； ?好的照明是一个成功的检测系统所必须的；好的照明是一个成功的检测系统所必须的； ?给视觉系统提供一个有质量的、稳定的、鲁棒 性好的照明环境； 给视觉系统提供一个有质量的、稳定的、鲁棒 性好的照明环境； ?节约项目的开发时间，以及付出的努力和资 源，从而更好的将这些应用到视觉系统的其他 方面； 节约项目的开发时间，以及付出的努力和资 源，从而更好的将这些应用到视觉系统的其他 方面； 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang18 对光源的评价对光源的评价 -1.光源的评价要素？光源的评价要素？ 1) 对比度对比度 对比度对机器视觉来说非常重要。机器视觉应用的照明的最重要的 任务就是使需要被观察的特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的 对比度，从而易于特征的区分。对比度定义为在特征与其周围的区域之 间有足够的灰度量区别。好的照明应该能够保证需要检测的特征突出于 其他背景。 对比度对机器视觉来说非常重要。机器视觉应用的照明的最重要的 任务就是使需要被观察的特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的 对比度，从而易于特征的区分。对比度定义为在特征与其周围的区域之 间有足够的灰度量区别。好的照明应该能够保证需要检测的特征突出于 其他背景。 2) 鲁棒性鲁棒性 鲁棒性就是对环境有一个好的适应。好的光源需要在实际工作中与 其在实验室中的有相同的效果 鲁棒性就是对环境有一个好的适应。好的光源需要在实际工作中与 其在实验室中的有相同的效果 。 Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang19 3) 亮度亮度 当选择两种光源的时候，最佳的选择是选择更亮的那个。光源的亮 度不够，必然要加大光圈，从而减小了景深 。 当选择两种光源的时候，最佳的选择是选择更亮的那个。光源的亮 度不够，必然要加大光圈，从而减小了景深 。 4) 均匀性均匀性 均匀性是光源一个很中要的技术参数。均匀性好的光源使系统工作 稳定 。 均匀性是光源一个很中要的技术参数。均匀性好的光源使系统工作 稳定 。 5) 可维护性可维护性 可维护性主要指光源易于安装，易于更换 。可维护性主要指光源易于安装，易于更换 。 6) 寿命及发热量寿命及发热量 光源的亮度不易衰减过快，这样会影响系统的稳定，增加维护的成 本 。发热量大的灯亮度衰减快，光源的寿命也会受到很大影响。 光源的亮度不易衰减过快，这样会影响系统的稳定，增加维护的成 本 。发热量大的灯亮度衰减快，光源的寿命也会受到很大影响。 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang20 主 要 内 容主 要 内 容 LED光源特点 对照明光源的评价 Ai 公司及LED光源 怎样选择怎样选择LED光源光源 Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang21 光源应该不仅仅只是使检测部件能够被相机光源应该不仅仅只是使检测部件能够被相机“看见看见”，而是 要看清楚。有时候，一个完整的机器视觉系统无法支持工 作，仅仅优化一下光源就可以使系统正常工作。 针对具体的应用，从众多的方案中选择一个最好的照明 系统是整个图像处理系统稳定工作的关键。遗憾的是，没有 一个通用的照明系统能够适应各种场合。但由于 ，而是 要看清楚。有时候，一个完整的机器视觉系统无法支持工 作，仅仅优化一下光源就可以使系统正常工作。 针对具体的应用，从众多的方案中选择一个最好的照明 系统是整个图像处理系统稳定工作的关键。遗憾的是，没有 一个通用的照明系统能够适应各种场合。但由于LED光源多 形状及多颜色等特点，我们还是找到一些选光源的方法。 光源多 形状及多颜色等特点，我们还是找到一些选光源的方法。 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang22 1.预备知识预备知识(Review) 1) 视觉光谱图视觉光谱图(Spectrum diagram) 400 nm 500 nm 600 nm 700 nm 390 735 UV IR 可见光范围可见光范围 频率减少频率减少 能量减少能量减少 输出光度增加输出光度增加 波长增加波长增加 穿透性增加穿透性增加 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang23 2) Where Does the Light Go? 入射的总光量入射的总光量 = 反射光量反射光量 + 吸收光量吸收光量 (may be re-emitted) + 穿透光量穿透光量 Illumination Reflect Emit Absorb Transmit Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang24 3)相机怎样看物体？相机怎样看物体？ 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang25 4)光的冷色光的冷色(Cool)与暖色与暖色(Warm) Warm Cool R V O B YG 使用相同颜色的光或其家庭的 光源照射可以使被照射部分变亮 使用相同颜色的光或其家庭的 光源照射可以使被照射部分变亮 (yellow light makes yellow features brighter) 使用相反颜色的光或不是其家庭 的光源照射可以使被照射部分变暗 使用相反颜色的光或不是其家庭 的光源照射可以使被照射部分变暗 (red light makes green features darker) 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang26 5)颜色的反射颜色的反射(Reflecting) 红红红红色色色色以以以以外外外外的的的的颜色颜色颜色颜色吸收吸收吸收吸收 白色白色白色白色光光光光 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang27 6)光的穿透光的穿透(Penetrating) ?因被照射物体的材质和厚度不同，对光的透过特性因被照射物体的材质和厚度不同，对光的透过特性(透 明度 透 明度)也不相同。也不相同。 ?不同的波长，对物质的穿透力不同的波长，对物质的穿透力(穿透率穿透率)不同，波长越 长，对物体的穿透力愈强，波长越短，对物质表面的 扩散率愈大。 不同，波长越 长，对物体的穿透力愈强，波长越短，对物质表面的 扩散率愈大。 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang28 7) 明视场明视场(Bright field )与暗视场与暗视场(Dark field) 相机 相机 物面 直接照射 相机 相机 物面 直接照射明视场明视场 相机 相机 物面 散乱光照射 相机 相机 物面 散乱光照射暗视场暗视场 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang29 明视场明视场 vs. 暗视场暗视场 明视场环形光源明视场环形光源 暗视场环形光源暗视场环形光源 镜面成像镜面成像 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang30 ? 强调表面凹凸高度的改变强调表面凹凸高度的改变 ? 散射表面变亮散射表面变亮 ? 平坦平滑的表面变暗平坦平滑的表面变暗 ? 形状和轮郭得到加强形状和轮郭得到加强 暗视场照射的效果暗视场照射的效果 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang31 8)常用的照明技术常用的照明技术(Lighting Tech.) 暗视场暗视场背光源背光源 部分明视场部分明视场 散射圆顶照明散射圆顶照明直接照明直接照明 同轴散射照明同轴散射照明 完全明视场完全明视场 Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang32 2.选光源两种最基本的方法选光源两种最基本的方法 观察试验法观察试验法(Look and Experiment-最常用的最常用的) 尝试着用不同类型的光源在不同的位置照射物体，然后通过相机观 察图像 尝试着用不同类型的光源在不同的位置照射物体，然后通过相机观 察图像 科学分析法科学分析法(Scientific Analysis-最有效的最有效的) 分析成像的环境，推荐最好的解决方法。分析成像的环境，推荐最好的解决方法。 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang33 3.观察试验法选光源观察试验法选光源(Experiment) 1) 条件条件(Condition) ?测试样品要丰富测试样品要丰富 不同种类的完好样品要有，有问题的样品要有。尽可能的让样品出 现所有的问题，特别是要有最难检测实际有问题的样品。 不同种类的完好样品要有，有问题的样品要有。尽可能的让样品出 现所有的问题，特别是要有最难检测实际有问题的样品。 ?有多款备用测试光源有多款备用测试光源 LED光源常见的几大类，以及不同的颜色都要有。光源常见的几大类，以及不同的颜色都要有。 Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang34 2) 步骤步骤(Lets start) Step 1.3D空间分析空间分析 分析系统运行的坏境， 从客户那里了解对系统结 构及运行的要求，确定相 机、光源、被测物的空间 结构关系。 分析系统运行的坏境， 从客户那里了解对系统结 构及运行的要求，确定相 机、光源、被测物的空间 结构关系。 3D空间分析要确定的 参数有：视场 空间分析要确定的 参数有：视场(FOV),工作 距离 工作 距离(WD) 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang35 视觉系统空间结构有视觉系统空间结构有: 直射，侧射，背部照射直射，侧射，背部照射 直射 背部照射 侧射 直射 背部照射 侧射 用于直射结构的光源用于直射结构的光源部分环形光源，同轴光源，圆顶光源部分环形光源，同轴光源，圆顶光源 用于侧射结构的光源用于侧射结构的光源部分环形光源，条形光源，线光源，点光源部分环形光源，条形光源，线光源，点光源 背部照射背部照射方形背光源，条形背光源方形背光源，条形背光源 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang36 Step 2.物体表面纹理及颜色分析物体表面纹理及颜色分析(Color and Surface) ? 物体表面是曲面还是平面？物体表面是否光滑？反光是否很强？ 曲面检测宜用圆顶光源，光滑平面宜用同轴光源，粗糙平面宜用明视场光 源。 物体表面是曲面还是平面？物体表面是否光滑？反光是否很强？ 曲面检测宜用圆顶光源，光滑平面宜用同轴光源，粗糙平面宜用明视场光 源。 ? 物体的透光性怎样？ 透光性好的物体可以用 物体的透光性怎样？ 透光性好的物体可以用IR光源。光源。 ? 分清背景分清背景(我们不需要检测的我们不需要检测的)是什么颜色，前景是什么颜色，前景(我们要检测的我们要检测的)是什么颜色？ 好的光源就是有一个好的对比度 是什么颜色？ 好的光源就是有一个好的对比度-背景与前景很清楚。背景与前景很清楚。 ? 前景颜色多变化，宜用彩色光源及白色光源；前景颜色多变化，宜用彩色光源及白色光源； 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang37 看物体表面选光源看物体表面选光源 表面纹理表面纹理/形状形状 不光滑混合光滑 平面 一般 曲面 不光滑混合光滑 平面 一般 曲面 明明视场视场 暗暗视场视场 同同轴轴散射照明散射照明 散射散射圆顶圆顶照明照明 独立区域独立区域 表面反射表面反射 Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang38 根据物体材质选光源颜色根据物体材质选光源颜色 UVBGRIRRGB 金属金属 混合颜色部件混合颜色部件 一般的目的一般的目的 WHI Doped w/ UV Fluorescing Agent 黑暗的橡胶黑暗的橡胶 半导体金属半导体金属 环境光的问题环境光的问题 黑暗的塑料黑暗的塑料 透明的塑料透明的塑料 / 玻璃玻璃 频闪频闪/ 环境学问题环境学问题 单色单色 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang39 Step 3.实物测试实物测试(Start to actualcombat) 到这里，我们可以初步选定一款光源开始测试。可能会到这里，我们可以初步选定一款光源开始测试。可能会 遇到的问题遇到的问题(与光源有关与光源有关)： ? 前景亮度不够 ？前景是什么颜色？建议换与前景颜色相 同的光源测试。前景亮度不够 ？前景是什么颜色？建议换与前景颜色相 同的光源测试。 ? 整个图像亮度不够？建议将光源靠近物体一些，或者采用频闪，或者换波整个图像亮度不够？建议将光源靠近物体一些，或者采用频闪，或者换波 长短一些的光源。长短一些的光源。 ? 图像泛白？建议降底光源亮度，或将镜头的光圈减小。图像泛白？建议降底光源亮度，或将镜头的光圈减小。 ? 图像亮度不均匀？检查光源放平没有？图像亮度不均匀？检查光源放平没有？ 注意注意 经过分析，如果还是不能确定用什么样的光源来测试， 建议用条形光或低角度环形光源试试。 经过分析，如果还是不能确定用什么样的光源来测试， 建议用条形光或低角度环形光源试试。 中国图像网 h t t p : / / w w w . c h i n a -i m a g e . c n Nov-06Ai Shenzhen lab 86.755.26623200 swang40 4.选光源选光源-技巧与经验技巧与经验(Rules-of-Thumb) ? 需要前景与背景更大的对比度需要前景与背景更大的对比度? 考虑用黑白相机与彩色光源考虑用黑白相机与彩色光源 ? 环境光的问题环境光的问题? 尝试用单色光源，配一个滤镜尝试用单色光源，配一个滤镜 ? 闪光曲面闪光曲面? 尝试用散射圆顶光尝试用散射圆顶光 ? 闪光，平的，但粗糙的表面闪光，平的，但粗糙的表面? 尝试用同轴散射光尝试用同轴散射光 ? 看表面的形状看表面的形状? 考虑用暗视场考虑用暗视场(低角度低角度) ? 检测塑料的时候检测塑料的时候 尝试用紫外或红外光尝试用紫外或红外光 ? 需要通过反射的表面看特征需要通过反射的表面看特征? 尝试用低角度线光源尝试用低角度线光源(暗视场暗视场) ? 组合光源有时也能解决问题组合光源有时也能解决问题 ? 频闪能够产生比常亮