機(jī)器視覺(jué)光源

機(jī)器視覺(jué)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(lái)拍攝，則沒(méi)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。

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(jué)LED光源，一般都提供幾種供電方式可供選擇，常見(jiàn)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(guò)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(jué)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(mén)、光圈、增益外，還可以控制光源的亮暗以及亮的時(shí)間來(lái)控制，我們先來(lái)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(mén)開(kāi)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(mén)時(shí)間，則由快門(mén)決定。

一般情況下，如果需要頻閃光源(時(shí)間小于快門(mén)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(lái)講，閃光是指光源開(kāi)啟時(shí)間大于快門(mén)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(guò)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(guò)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(lái)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(mén)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(wèn)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(lái)觸發(fā)光源，也可以從外部輸出觸發(fā)信號(hào)來(lái)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(jué)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(jué)光源的正確選擇，直接影響系統(tǒng)的成敗，處理精度和速度。