结构光照明:主动三维轮廓重建结构光(StructuredLight)是一种主动式光学三维测量技术,通过将已知的、精密的二维光图案(如条纹、网格、点阵、编码图案)投影到被测物体表面,然后由相机从另一角度观察该图案因物体表面高度变化而产生的形变,然后通过三角测量原理或相位分析算法计算出物体表面的三维轮廓(点云)。结构光光源的重点是投影模组,常用技术有:数字光处理(DLP)投影仪:可高速、高精度地动态投射各种复杂编码图案(二进制、灰度、正弦条纹、彩色编码);激光线发生器:投射一条或多条锐利的激光线(常用红色或蓝色),通过激光线的扭曲变形计算高度(线激光三角测量);LED结合光栅(Grating):产生平行条纹。结构光的优势在于非接触、高精度、高速度(尤其DLP)、能获取密集点云数据。其应用非常多:三维尺寸测量(复杂曲面、间隙面差);缺陷检测(凹坑、凸起、变形);机器人引导(抓取、定位);逆向工程;体积测量;生物识别等。选择结构光方案需权衡测量范围、精度、速度、环境光鲁棒性(常需滤光片)、成本以及抗物体表面光学特性(如高反光、吸光、透明)影响的能力。它是获取物体三维空间信息主流的技术之一。智能光控适配0.5%-98%反射率表面,动态调节响应<0.1s。安徽光源远心平行同轴
频闪照明技术:冻结高速运动与提升信噪比频闪是机器视觉中用于冻结高速运动物体和在连续运动中获取清晰图像的照明技术。其原理是让光源在极短的时间内(微秒至毫秒级)爆发出远高于其额定连续功率的瞬时超高亮度脉冲。这个脉冲的开启时间(脉宽)与相机的曝光时间严格同步。关键优势在于:消除运动模糊:极短的闪光时间(远小于物体在像面上移动一个像素所需时间)有效“冻结”了高速运动的物体,获得清晰图像;提高有效信噪比(SNR):在极短曝光时间内提供超高瞬时亮度,使相机传感器收集到足够光子,克服了短曝光时间导致的光子不足问题;降低功耗与热负荷:光源大部分时间处于关闭或低功率状态,只在需要时瞬间高功率工作,平均功耗和发热低于连续高亮照明;抑制环境光干扰:在黑暗或低环境光条件下,频闪是主要光源,环境光贡献极小;在明亮环境下,可通过提高频闪亮度与环境光竞争。实现频闪需要快速响应光源(LED是理想选择)和精确的同步控制器。控制器接收来自编码器或传感器的触发信号,精确控制频闪的起始时刻、持续时间(脉宽)和强度,确保闪光覆盖相机整个曝光窗口。频闪广泛应用于生产线上的高速检测(如瓶罐、包装、电子元件组装)和运动物体跟踪。上海高亮大功率环形光源转角同轴高显色光源还原食品包装色彩,色差检测达行业标准。
偏振光在机器视觉中的应用:消除反光与增强对比度偏振光技术是解决物体表面镜面反射(眩光)和增强特定特征对比度的有效光学手段。其基本原理是利用偏振片控制光波的振动方向。典型应用模式有两种:第一种是“光源+偏振片,相机镜头前加偏振片”:光源发出的非偏振光经起偏器变为线偏振光照射物体。物体表面反射光包含镜面反射(通常保持原偏振方向)和漫反射(偏振方向随机)。相机镜头前的检偏器若旋转至与起偏器方向垂直,则可有效阻挡镜面反射光,同时允许部分漫反射光通过,从而突出抑制眩光,使被眩光覆盖的表面纹理、划痕、印刷图案等得以显现。第二种是只相机镜头前加偏振片,用于过滤环境光中的偏振干扰。偏振照明特别适用于检测光滑表面(金属、玻璃、塑料、漆面)的划痕、凹陷、异物、油污等。配置时需仔细调整光源与相机偏振片的相对角度(通常正交效果比较好),并考虑光线入射角的影响。虽然会增加成本并损失部分光强,但在解决棘手反光问题时效果突出。
光源均匀性:概念、重要性及评估方法光源均匀性是衡量照明场光强分布一致性(均匀程度)的关键指标,对机器视觉检测精度至关重要,尤其在进行定量测量(如尺寸、色度)或大面积检测时。不均匀照明会导致图像不同区域亮度差异:过亮区域可能饱和丢失细节,过暗区域信噪比差难以分析,这种亮度梯度会被误判为物体本身的特征变化(如厚度不均、颜色渐变),严重影响检测结果的一致性和可靠性。均匀性通常定义为:Uniformity=[1-(Max-Min)/(Max+Min)]*100%,其中Max和Min是测量区域内多个采样点的亮度值。理想值为100%,工业应用中通常要求>80%甚至>90%。评估均匀性需要使用光强计或经校准的参考相机,在设定的工作距离下,在有效照明区域内按网格(如5x5或9x9)测量多个点的亮度值,然后计算。影响均匀性的因素众多:LED个体的亮度/色温差异、排列密度、光学设计(透镜、漫射板)的质量与老化、供电稳定性、结构遮挡、距离变化等。改善均匀性的方法包括:选用高质均光板(如乳白亚克力、匀光膜)、优化LED排布(增加密度、交错排列)、采用积分球原理(穹顶光)、精确控制光源距离、定期校准维护。在系统设计阶段就必须将均匀性作为重要参数进行验证和优化。
渐变照明凸显曲面0.1mm高度差,误判率降低18%。
光源,尤其是高功率LED光源,在工作过程中会产生热量。有效的散热管理是保障光源亮度稳定性、颜色一致性、可靠性和长寿命(数万小时)的关键。挑战在于:LED结温升高会导致光效下降(光衰)、波长偏移(色温变化)、寿命急剧缩短。散热设计遵循从热源到环境的路径:LED芯片->基板(MCPCB-MetalCorePCB):使用高导热金属(铝、铜)作为基板,快速导出芯片热量;热界面材料(TIM):如导热硅脂/垫片,填充基板与散热器间的微间隙,降低热阻;散热器(Heatsink):重要部件,通常由铝鳍片构成,通过增大表面积(自然对流)或强制风冷(风扇)将热量散发到空气中;外壳结构:有时整个光源外壳参与散热(如铝型材壳体)。设计要点包括:选用低热阻材料;优化散热器尺寸、鳍片密度与形状;保证良好空气流通(自然对流需空间,强制风冷需风扇选型与防尘);控制环境温度;避免光源密集堆积。对于智能光源,常内置温度传感器和过温保护电路,当温度超过阈值时自动降低亮度或关闭以防止损坏。良好的散热不仅保障了光源自身的MTBF(平均无故障时间),更确保了在整个生命周期内图像质量(亮度、颜色)的稳定可靠,减少系统校准维护频率,是工业级可靠性的基础。高均匀面光源检测OLED坏点,灵敏度0.05cd/m²。黑龙江高亮大功率环形光源转角同轴
机械视觉光源是机器视觉系统的重要组成部分,直接影响图像质量和检测精度。安徽光源远心平行同轴
冻结高速运动与提升信噪比频闪(Strobbing)是机器视觉中用于冻结高速运动物体和在连续运动中获取清晰图像的重要照明技术。其原理是让光源在极短的时间内(微秒至毫秒级)爆发出远高于其额定连续功率的瞬时超高亮度脉冲。这个脉冲的开启时间(脉宽)与相机的曝光时间严格同步。关键优势在于:消除运动模糊:极短的闪光时间(远小于物体在像面上移动一个像素所需时间)有效“冻结”了高速运动的物体,获得清晰图像;提高有效信噪比(SNR):在极短曝光时间内提供超高瞬时亮度,使相机传感器收集到足够光子,克服了短曝光时间导致的光子不足问题;降低功耗与热负荷:光源大部分时间处于关闭或低功率状态,只在需要时瞬间高功率工作,平均功耗和发热明显低于连续高亮照明;抑制环境光干扰:在黑暗或低环境光条件下,频闪是主要光源,环境光贡献极小;在明亮环境下,可通过提高频闪亮度与环境光竞争。实现频闪需要快速响应光源(LED是理想选择)和精确的同步控制器。控制器接收来自编码器或传感器的触发信号,精确控制频闪的起始时刻、持续时间(脉宽)和强度,确保闪光覆盖相机整个曝光窗口。频闪广泛应用于生产线上的高速检测(如瓶罐、包装、电子元件组装)和运动物体跟踪。安徽光源远心平行同轴