LED背光源为视觉检测设备提供照明方案

  发光二极管（LED）无闪烁、低功耗和更长的使用寿命等优势，令这一技术成为机器视觉系统应用的首选。为了恰当地为视觉检测设备提供照明，需要了解被照明产品的类型、这些产品被检测的速率，以及如何借助LED照明装置在图像中突出产品的具体特征。  
  在很多情况下，恰当的照明可以增加图像特征的对比度，便于检查，减少了对昂贵的高精度相机和复杂图像处理软件的需求。这是在开发机器视觉系统时优先考虑照明问题的主要原因。  
  由于在实际生产中每种应用都不尽相同，因此视觉检测设备对应的照明器件的选择、使用光的颜色（或频率）、运行模式都有所不同。  
  因为每种特定产品的属性大相径庭。为了使每种特定的图像都能获得最大对比度，需要配备特定的照明元件，如背光源、环形光源、穹顶光源、线性光源，这些光源可能配置了运作在紫外（UV）到红外（IR）波段的LED。 

  
  不同频率  
  在测量特定部件（如汽车垫圈）参数的系统中，通常会用到漫反射背光。当使用漫反射背光时，LED光源的颜色或波长将影响获得的分辨率，因为单色光可以提供更好的特性对比度。单色光可以减少相机透镜中任何轴向与横向的色差，从而能获得更高的分辨率。  
  具有不同频率的光源同样适用于测量不透明容器中存储的液体水平。在这些应用中，700~1000nm的长波长红外光可以穿透纸和塑料等材料。红外光同样可用于食品检测。在这个应用案例中，红外背光被用于检测蓝莓中的金龟子。

 
   图1：a）使用白色背光照明检测蓝莓中的金龟子，蓝莓和金龟子可以同时被看到。b）使用红外背光照明，红外光可穿透蓝莓，被金龟子吸收，因此即使是被蓝莓遮住的金龟子也能被检测出来。 
   因为红外光波长可以穿透蓝莓，被金龟子吸收，因此即使是被蓝莓遮住的金龟子也能被检测出来。采用单一波长背光可以提升图像系统的潜在分辨率，此外还可通过平行照明技术降低标准背光产生的漫反射，进一步提升分辨率。

  
  平行光  
  实现平行光照明的一种方法是使用平行背光照明器，将LED阵列发出的散射光准直到与透镜光轴相同的光轴上，这些同轴照明器从被检测物体背后发射出平行光，抑制光的散射。 

   图2：同轴照明器从待检测物体的背后发射平行光，抑制光的散射。同轴照明能够提升图像的分辨率。  
   用背光源和同轴照明器两种光源照射一个图钉。当用背光照明图钉时，光穿透透明物体，能够检查出图钉内部的构造和缺陷；但如果需要测量图钉的尺寸，则采用同轴光，同轴光被折射生成锐利的黑色轮廓。 

   图3：a）当用背光照亮图钉时，光透过透明物体，能够检查到图钉内部的构造和缺陷。b）照射到图钉上的平行光被折射，产生锐利的黑色轮廓。  
   同轴照明器为视觉检测设备开发者提供了一种照明小型配件的方法；相比之下，远心背光则提供了一种价格更高的替换方案。当物体需要超高精度测量时，通常选用远心照明。 

  
   远心照明  
   在远心照明系统的设计中，LED的发散光被聚焦，从而降低照射物体轮廓时可能产生的漫反射。为了获得尽可能高的分辨率，配备了远心透镜的相机会捕捉到检测过程中越过或穿过物体的光线。随后，被捕捉到的来自物体的光线被聚焦、并且与光轴平行。  
   当远心照明被当作背光使用时，系统工程师可以为相机系统配备三种不同类型的远心镜头。远心镜头的种类有：物方远心镜头、像方远心镜头和双远心镜头。当使用物方远心镜头时，在镜头的远心深度内，物体与镜头之间微小的距离变化不会改变物体的放大率。  
   当需要对物体进行精密测量时，该特性尤为重要，特别是在物体没有被精确地放在像平面中时。同样地，在像方远心设计中，镜头到CCD或CMOS成像器之间的微小距离变化，并不会影像图像测量的精度。  
   双远心镜头集成物方远心镜头和像方远心镜头的优势，能够提供最高的测量精度。与其他类型的背光一样，远心照明系统可以提供不同的尺寸和波长。  

   众多选择  
   尽管背光是最为常用的物体照明方式，但它并不是视觉检测设备的唯一选择。通常，条形码、瑕疵、打印质量和色彩测量等2D特性，均能在物体表面被观测到。需要再次指出的是，不论是同轴照明系统还是离轴照明系统，都可以采用多种照明光源，如各种不同配置和波长的点光源、环形光源、穹顶光源及线性光源。  
   每种光源都有其特定的检测照明适用范围。在合适的波长选择正确的照明方案，将极大地提高被测对象的对比度，确保更高效地实现更加精密的视觉检测设备