機(jī)器視覺照明系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析

尚會(huì)超， 楊　銳， 段夢(mèng)珍，段曉偉， 張洪斌

(1.中原工學(xué)院, 鄭州 450007; 2.河南新亞服裝有限公司, 河南 鶴壁 456750)

?

機(jī)器視覺照明系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析

尚會(huì)超1， 楊銳1， 段夢(mèng)珍1，段曉偉1， 張洪斌2

(1.中原工學(xué)院, 鄭州 450007; 2.河南新亞服裝有限公司, 河南 鶴壁 456750)

摘要：介紹了機(jī)器視覺照明系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀。機(jī)器視覺技術(shù)已經(jīng)在社會(huì)發(fā)展的許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。照明系統(tǒng)是影響機(jī)器視覺系統(tǒng)性能的一個(gè)關(guān)鍵因素，它決定著原始采集圖像的質(zhì)量，從而影響整個(gè)視覺系統(tǒng)的處理效果。重點(diǎn)對(duì)照明光源的類型與特點(diǎn)、選擇與布局、驅(qū)動(dòng)與控制、光源特性及其對(duì)圖像的影響、光學(xué)輔助工具的使用、照明設(shè)計(jì)軟件等主要技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，探討了視覺照明系統(tǒng)應(yīng)用中均勻照明的實(shí)現(xiàn)、散熱、控制器技術(shù)、通用性設(shè)計(jì)等亟待解決的問題。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺；照明系統(tǒng)；光源；圖像質(zhì)量

機(jī)器視覺系統(tǒng)使用攝像機(jī)、相機(jī)等來采集目標(biāo)圖像信號(hào)，通過圖像處理系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)圖像信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)、跟蹤、識(shí)別與判斷，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的缺陷檢測(cè)，提高質(zhì)量和運(yùn)行效率[1-2]。圖像質(zhì)量與程序算法決定著機(jī)器視覺系統(tǒng)的處理速度和質(zhì)量，而圖像質(zhì)量很大程度上由光照環(huán)境、目標(biāo)表面材質(zhì)、物體擺放位置所決定[3-4]。良好的光照環(huán)境能夠有效地突出物體的識(shí)別目標(biāo)，有利于得到用于計(jì)算機(jī)分析的高質(zhì)量圖像，降低圖像處理難度。由此可見，良好的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)是機(jī)器視覺系統(tǒng)高效運(yùn)行的保證[5]。

本文將概述機(jī)器視覺照明系統(tǒng)的主要技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)需要進(jìn)一步研究的幾個(gè)主要問題進(jìn)行探討。

1機(jī)器視覺照明系統(tǒng)的發(fā)展

機(jī)器視覺概念于上世紀(jì)50年代出現(xiàn)，但直到80年代中期，圖像處理硬件技術(shù)的突破才使得機(jī)器視覺技術(shù)獲得真正的發(fā)展。在中國(guó)，2000年以后，隨著機(jī)器視覺技術(shù)在大量先進(jìn)生產(chǎn)線和設(shè)備中應(yīng)用，有關(guān)廠商認(rèn)識(shí)到機(jī)器視覺檢測(cè)對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的重要性，機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。目前，中國(guó)市場(chǎng)上機(jī)器視覺企業(yè)已超過200家，專業(yè)的機(jī)器視覺系統(tǒng)集成商超過50家，涵蓋了從光源、工業(yè)相機(jī)、工業(yè)鏡頭、圖像采集卡以及智能相機(jī)等所有機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品。

隨著照明系統(tǒng)在機(jī)器視覺系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用逐步得到認(rèn)識(shí)，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了許多專門開發(fā)機(jī)器視覺照明系統(tǒng)的廠商。相對(duì)于國(guó)內(nèi)而言，國(guó)外機(jī)器視覺照明技術(shù)發(fā)展已經(jīng)成熟，如日本的CCS公司，其生產(chǎn)的LED光源主要應(yīng)用于表面探測(cè)、位置確定、產(chǎn)品整合等多種領(lǐng)域。美國(guó)的AI公司借助其在機(jī)器視覺照明方面的優(yōu)勢(shì)，改進(jìn)了機(jī)器視覺系統(tǒng)的性能。日本光源小巧精致，美國(guó)光源結(jié)實(shí)耐用，各有所長(zhǎng)。目前國(guó)內(nèi)的機(jī)器視覺光源以上海緯朗、深圳OPT、上海鉑美等制造商為代表，以跟蹤國(guó)外產(chǎn)品類型為主，同時(shí)可根據(jù)用戶要求設(shè)計(jì)開發(fā)一些專用產(chǎn)品?？偟膩碚f，目前的機(jī)器視覺光源不論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外都處于迅猛發(fā)展階段[6]。

2機(jī)器視覺照明光源的主要類型

2.1光源種類

在機(jī)器視覺照明系統(tǒng)中，光源對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有著決定性的影響。不同的光源有其自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。常見的機(jī)器視覺照明光源主要包括以下幾種類型：白熾光源、金屬鹵素光源、熒光光源、LED光源、紅外光源、X射線光源等。其中白熾光源已基本淘汰不用，紅外光源和X射線光源應(yīng)用領(lǐng)域較為單一，金屬鹵素光源更多用于環(huán)境照明、展示照明等領(lǐng)域。機(jī)器視覺系統(tǒng)中最常用的光源是熒光光源和LED光源,它們的基本技術(shù)性能指標(biāo)如表1所示。

表1　常用機(jī)器視覺照明光源的基本技術(shù)性能指標(biāo)

2.2光源優(yōu)缺點(diǎn)

熒光燈能夠做成不同的形狀及大小，發(fā)熱少，壽命長(zhǎng)。其燈管產(chǎn)生的漫射光，有利于測(cè)量具有反射能力的金屬元件。傳統(tǒng)的冷陰極熒光燈，顯色性不好，壽命和可靠性都比較低。因?yàn)槠浒坠馐嵌喾N波長(zhǎng)混合而成的，所以測(cè)量時(shí)非彩色CCD對(duì)圖像的識(shí)別精度會(huì)受到影響[7]。三基色熒光燈的顯色性能好，光效強(qiáng)，在彩色圖像視覺檢測(cè)中應(yīng)用較多。

LED光源是第四代光源，已逐步替代白熾燈、熒光燈和高壓氣體放電燈等傳統(tǒng)光源[8]，具有響應(yīng)速度快、耗電量低、安全性高、使用壽命長(zhǎng)、單元體積小、可控性高和綠色可回收等優(yōu)勢(shì)。在機(jī)器視覺領(lǐng)域，LED光源作為照明系統(tǒng)的首選光源，應(yīng)用范圍日益廣泛。隨著半導(dǎo)體和包裝材料的技術(shù)進(jìn)步，LED光源必將促進(jìn)新型照明系統(tǒng)和設(shè)備設(shè)計(jì)制造的快速發(fā)展[9]。

目前，OLED(有機(jī)發(fā)光二極管)——第五代光源正不斷地應(yīng)用于照明顯示行業(yè)。它是一種層狀結(jié)構(gòu)的薄膜固態(tài)發(fā)光器件，可制成大面積、可彎曲的光源。其內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電壓較低，功耗較小，節(jié)能效果顯著[10]。但是，OLED的生產(chǎn)技術(shù)不成熟導(dǎo)致其成品率低下，價(jià)格高昂，目前主要應(yīng)用于柔性顯示屏、奢侈燈具等產(chǎn)品，在機(jī)器視覺照明領(lǐng)域還很少應(yīng)用。

3機(jī)器視覺照明光源的選擇

3.1照明光源的選擇依據(jù)

在機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用中，為了使采集的圖像達(dá)到最佳效果，需要根據(jù)目標(biāo)的顏色、材質(zhì)和形狀，考慮所需光源的強(qiáng)度、光路和光譜等性能，突出所需目標(biāo)的特征信息[11]。

在對(duì)光源選擇與設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇主動(dòng)照明方式，盡量屏蔽自然光干擾，使用人工光源照射被測(cè)物；盡量選擇LED光源或高頻熒光燈。從照射對(duì)象的特性考慮，選擇光源時(shí)需要考慮其表面平整度和表面反光程度，以及目標(biāo)的形狀、顏色和動(dòng)靜狀態(tài)等要素?？傮w來講，照明系統(tǒng)的合理配置取決于待檢目標(biāo)的大小、表面特性、幾何特性、色彩以及系統(tǒng)需求，應(yīng)針對(duì)具體應(yīng)用要求來選擇不同的照明系統(tǒng)。

3.2照明光源的布局與形狀

機(jī)器視覺照明設(shè)計(jì)的任務(wù)是使被測(cè)物特征與背景圖像特征之間產(chǎn)生最大的對(duì)比度，從而易于特征區(qū)分[12]。根據(jù)視覺系統(tǒng)相機(jī)、光源、被測(cè)物的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系及運(yùn)行要求，可以確定以下參數(shù)：照明范圍，光源與物體之間的距離，物體的形狀、顏色和運(yùn)動(dòng)性。在此基礎(chǔ)上確定光源的布局與形狀。

(1)照明系統(tǒng)的布局方式按照光源照射方式可分為明/暗場(chǎng)照明、前向照明、側(cè)向照明、背向照明、結(jié)構(gòu)光照明、漫射照明和頻閃照明等。表2列舉了這幾種布局方式的光路圖及主要應(yīng)用。

(2)LED光源按照形狀主要分為背光源、條形光源、環(huán)形光源、同軸光源、定制光源等。表3對(duì)照明光源的主要形狀及其工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了介紹。

3.3照明光源驅(qū)動(dòng)控制器的選擇

在機(jī)器視覺實(shí)際應(yīng)用中，光源的穩(wěn)定工作需要光源驅(qū)動(dòng)。按照各種驅(qū)動(dòng)在光源上產(chǎn)生的電壓或電流波形特性，可將光源驅(qū)動(dòng)分為直流驅(qū)動(dòng)和交流驅(qū)動(dòng)兩種基本類型[14]。用于工業(yè)生產(chǎn)線的機(jī)器視覺系統(tǒng)標(biāo)配為12 V/24 V直流電源，分為恒流、恒壓、頻閃三種控制方式，模擬控制、數(shù)字控制兩種操作方式。模擬控制通過操作控制器面板上旋鈕控制電源；數(shù)字控制則用外觸發(fā)方式連接傳感器或者電腦，通過軟件控制光源。根據(jù)控制所需的精細(xì)程度來選擇數(shù)字控制器。

表2　照明光源主要布局方式的光路圖及應(yīng)用

表3　照明光源的主要形狀及工業(yè)應(yīng)用

在機(jī)器視覺照明系統(tǒng)中，當(dāng)采用多個(gè)光源組合照明時(shí)，需要考慮電源輸出的通道數(shù)、接口的獨(dú)立控制性、能否為相機(jī)等外部器件提供標(biāo)準(zhǔn)電壓接口、光源亮度是否可調(diào)以及亮度調(diào)節(jié)的級(jí)數(shù)要求等。

對(duì)于普通外觸發(fā)照明系統(tǒng)而言，提高亮度且光源保持常亮?xí)?dǎo)致光源的壽命縮減。頻閃照明通過預(yù)設(shè)脈沖寬度對(duì)光源電流通斷進(jìn)行頻閃控制，能夠大幅度提高光源的瞬間亮度，大大減少光源發(fā)熱量，從而延長(zhǎng)光源的使用壽命。在拍攝運(yùn)動(dòng)物體時(shí)，對(duì)于相機(jī)視場(chǎng)小、物體運(yùn)動(dòng)(或震動(dòng))速度較快的場(chǎng)合，用頻閃控制器來提高光源的瞬間亮度是最佳選擇。

因此，在選擇光源驅(qū)動(dòng)控制器時(shí)，需要考慮以下幾個(gè)因素：輸出電壓、通道數(shù)、控制功能和方式、外觸發(fā)接口、標(biāo)準(zhǔn)電壓接口、過流保護(hù)和短路保護(hù)功能。

4光源特性對(duì)圖像的影響

在機(jī)器視覺照明系統(tǒng)中，光源的特性(如光強(qiáng)、均勻度、顯色性、壽命、光譜等)對(duì)采集圖像的質(zhì)量有很大影響。

照明系統(tǒng)對(duì)光源的要求如下：首先要提供合適的光強(qiáng)，受驅(qū)動(dòng)電源擾動(dòng)以及環(huán)境因素等影響，光照強(qiáng)度容易發(fā)生變化，從而造成像素灰度的變化[15]；其次，光照必須均勻，否則采集圖像的灰度就會(huì)發(fā)生偏差；第三，對(duì)于采集圖像色彩真實(shí)性要求較高的工業(yè)應(yīng)用，必須提供較高的顯色性；第四，只有光源的壽命足夠長(zhǎng)才能保證光源的各項(xiàng)特性穩(wěn)定。

光源的光色(光譜特性)對(duì)圖像對(duì)比度會(huì)產(chǎn)生重大影響，不同的光照和光譜成分會(huì)影響采集圖像的顏色[16]。在機(jī)器視覺系統(tǒng)中，常用的光源光色有白、藍(lán)、紅、綠、紅外、紫外等。常用LED光源的顏色和波長(zhǎng)參數(shù)如表4所示。

表 4　LED光源的顏色與波長(zhǎng)

白光是一種混色光，適用性廣，亮度高，在拍攝彩色圖像時(shí)使用較多。藍(lán)色光源適用于銀色背景產(chǎn)品及薄膜上金屬色印刷品。綠色光源的波長(zhǎng)介于紅色與藍(lán)色之間，主要用于紅色、銀色背景產(chǎn)品(如鈑金、車加工件等)。紅色光源的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，能夠顯著地提高圖像對(duì)比度，可照亮比較暗的物體，適用于綠色線路板檢測(cè)、透光膜厚度檢測(cè)等。紅外光屬于不可見光，波長(zhǎng)比可見光的波長(zhǎng)更長(zhǎng)，可以更少地被某些材料反射，對(duì)塑料、橡膠、顏料等有機(jī)物質(zhì)穿透性極佳，主要用于醫(yī)學(xué)、視頻監(jiān)控、LCD屏檢測(cè)、制藥、塑料包裝、電子等領(lǐng)域。紫外光也屬于不可見光，但其波長(zhǎng)比可見光更短，穿透力更強(qiáng)，主要用于證件、熒光字符條碼、金屬裂痕與表面劃痕等檢測(cè)。

通常，檢測(cè)光源色彩的選用可以通過選取背景的互補(bǔ)色來增強(qiáng)對(duì)比度。在圖1所示的十二相色環(huán)圖中，要突出某種顏色，可以選擇色環(huán)上與其相對(duì)應(yīng)的互補(bǔ)色光源；要抑制或消除某種顏色，則可選擇與其同色的光源。合適光色可以通過RGB調(diào)色或白光源與濾光鏡的配合使用來獲得。

圖1　十二相色環(huán)圖

5機(jī)器視覺照明系統(tǒng)的輔助器件

機(jī)器視覺照明系統(tǒng)是一個(gè)應(yīng)用性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程，在具體應(yīng)用環(huán)境中，受限于一定的光源類型和照射角度，在不能直接通過光源調(diào)整來獲取良好的檢測(cè)目標(biāo)圖像時(shí)，需要借助于一些特殊的光學(xué)輔助器件。

(1)偏振鏡。它可以有效地消除物體的表面反光。在透明或半透明物體的應(yīng)力檢測(cè)方面，偏振鏡有很好的應(yīng)用，運(yùn)用攝像機(jī)搭配偏振鏡可以消除物體表面產(chǎn)生的反光。

(2)漫射片。它可以使光照變得均勻，是機(jī)器視覺光源中比較常見的一種光學(xué)工具。如高均勻背光源就是在LED陣列之上添加漫射片構(gòu)成的。

(3)濾光鏡。它可限制干擾光進(jìn)入攝像機(jī)，通過透射、反射、偏振、密度衰減和散射等方法可濾除干擾光，改變?nèi)肷涔夤庾V的強(qiáng)弱，提高圖像的對(duì)比度。

(4)分光鏡。它能夠?qū)⒁皇夥纸獬啥嗍?，借助不同的鍍膜參?shù)，可以實(shí)現(xiàn)反射光和折射光比例的任意調(diào)節(jié)。同軸光源就是分光鏡的一種應(yīng)用實(shí)例。

(5)反射鏡。在機(jī)器視覺照明系統(tǒng)中，采用反射鏡，光源的光路和角度可以得到優(yōu)化，使光源安裝方式更加靈活。

(6)棱鏡。通過棱鏡，得到頻率較為單一的光，能夠把不同顏色的復(fù)合光分開。

6光學(xué)仿真設(shè)計(jì)軟件

在機(jī)器視覺照明系統(tǒng)中，光源的選擇、布局，系統(tǒng)的分析、優(yōu)化和執(zhí)行都可以通過不同的光學(xué)仿真設(shè)計(jì)軟件來輔助實(shí)現(xiàn),大大減少實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提高實(shí)驗(yàn)效率[17]。

目前常用的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件有多種，但側(cè)重點(diǎn)各不相同，如：CodeV、Zemax、OSLO等軟件側(cè)重于成像設(shè)計(jì)；Lighttools、TracePro、ASAP等軟件側(cè)重于照明設(shè)計(jì)；OptiWave軟件側(cè)重于光通訊設(shè)計(jì)；TFCalc、Filmstar等軟件側(cè)重于光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)。這里重點(diǎn)介紹側(cè)重于照明光路仿真設(shè)計(jì)的Lighttools、Tracepro、ASAP軟件。

Lighttools光學(xué)建模軟件可以精確地模擬各種實(shí)際光源的外形和光學(xué)特性，使用它的照明模塊 (Illumination Module) 可實(shí)現(xiàn)蒙特·卡羅方法(Monte Carlo method) 的光線追蹤，獲得指定表面的照度、光強(qiáng)度等信息。

TracePro軟件能夠建立照明系統(tǒng)、透鏡系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、遙感系統(tǒng)及各種光學(xué)器件的模型。在主流CAD軟件中預(yù)先設(shè)計(jì)照明光源的外觀，然后導(dǎo)入TracePro軟件中，設(shè)定材質(zhì)及光源參數(shù)，可定義和跟蹤數(shù)百萬(wàn)條光線，并對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。

ASAP高級(jí)光學(xué)系統(tǒng)分析模擬軟件幾乎可以對(duì)任何形態(tài)的光源建模，模擬可見光、紫外線和紅外線在非同調(diào)成像和非成像照明系統(tǒng)中的各種物理現(xiàn)象，能夠?qū)^大多數(shù)光學(xué)仿真進(jìn)行分析，光線追蹤速度高且精準(zhǔn)。該軟件的核心為非序列光線追跡引擎。該引擎是現(xiàn)有光學(xué)軟件中最快速的運(yùn)算引擎，其內(nèi)置的繪圖功能可以將幾何模型、光線追跡的細(xì)節(jié)和模擬分析結(jié)果充分可視化。

在這3款軟件中，Lighttools、TracePro由于中文教程較多，因此在國(guó)內(nèi)使用較廣；ASAP因其優(yōu)越的性能，在國(guó)外知名公司運(yùn)用較多(如Philips、Osram、Samsung、KOITO、GE等)，但在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用尚需進(jìn)一步推廣。

7問題與展望

在機(jī)器視覺照明系統(tǒng)中，LED光源的使用已經(jīng)成為主流，但其在使用中還存在一些亟待解決的問題。

(1)光源的照明均勻性。這主要受LED燈珠質(zhì)量的一致性、燈珠排列與亮度優(yōu)化等因素影響[18]?？梢赃x擇處于同一批次且通過光亮度、均勻度、穩(wěn)定性和光源衰減速度嚴(yán)格測(cè)試的產(chǎn)品來達(dá)成質(zhì)量的一致性，并采用專用軟件對(duì)燈珠的排列、亮度進(jìn)行仿真分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)。

(2)散熱問題。高精度、高速度的檢測(cè)必然要求光源的高亮度，而伴隨高亮度的高發(fā)熱量是造成光源光衰快和壽命縮短的主要原因。為此，可從如下幾個(gè)方面進(jìn)行處理：采用散熱性能好的材料；增加散熱面積；采用強(qiáng)制風(fēng)冷甚至添加水冷系統(tǒng)；優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)，綜合考慮環(huán)境約束、熱功耗、熱傳導(dǎo)、材料等因素。

在做好散熱的基礎(chǔ)上，減少元件發(fā)熱，在同等能耗之下提高熱能轉(zhuǎn)換為光能的能力，選擇材料更新、電光效率更高的LED組件等都是解決元件發(fā)熱問題、提高LED光源穩(wěn)定性的發(fā)展方向。

(3)控制器的通用性和控制能力。由于每種光源的性能不盡相同，因此每種光源都應(yīng)使用與其配套的控制器。這無形中會(huì)增加視覺系統(tǒng)的成本。隨著光源技術(shù)的發(fā)展，對(duì)光源燈珠的單獨(dú)控制或分區(qū)控制已經(jīng)成為控制器的必要功能，因此增強(qiáng)控制器的通用性和控制能力是大勢(shì)所趨。

(4)照明系統(tǒng)的通用性開發(fā)。在保證光源及控制質(zhì)量的基礎(chǔ)上，每個(gè)視覺系統(tǒng)都需要單獨(dú)選擇適宜的發(fā)光顏色、形狀與光源布局方式，照明系統(tǒng)一般與相應(yīng)視覺系統(tǒng)捆綁銷售，最終導(dǎo)致其在使用中缺乏通用性和靈活性[19]。因此，對(duì)照明系統(tǒng)的通用性開發(fā)是該領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。

(5)其他問題。雖然國(guó)內(nèi)外有關(guān)機(jī)器視覺照明技術(shù)的研究已逐漸成熟，但在實(shí)際系統(tǒng)工況中存在檢測(cè)對(duì)象速度變化、生產(chǎn)線振動(dòng)、環(huán)境光噪聲干擾、溫濕度條件變化等影響因素，這些都是在具體研究中需要考慮和解決的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]Bruce G B. Machine Vision for Industrial Applications[M]. London: Springer London Ltd.,2012:1-15.

[2]尚會(huì)超，吳軍.織物表面檢測(cè)算法綜述[J].中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，19(1)：16-18.

[3]肖俊明，彭喜英.基于機(jī)器視覺的圖像分割算法的研究[J].中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，19(1)：1-3.

[4]張五一，趙強(qiáng)松，王東云.機(jī)器視覺的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，19(1)：9-12.

[5]張巧芬,高健.機(jī)器視覺中照明技術(shù)的研究進(jìn)展[J].照明工程學(xué)報(bào),2011,22(2):32-37.

[6]李俊.機(jī)器視覺照明光源關(guān)鍵技術(shù)研究[D].天津：天津理工大學(xué),2006:8-25.

[7]申曉彥,王鑒.用于視覺檢測(cè)的光源照明系統(tǒng)分析[J].燈與照明,2009,33(3):7-9.

[8]Wu H P, Yang J G, Hsu M M, et al. Automatic Measurement and Grading of LED Dies on Wafer by Machine Vision[C]//ICM 2007 IEEE International Conference on Mechatronics. Washington: IEEE, 2007:1-6.

[9]Chen S Y,Li Y F,Zhang J. Realtime Structured Light Vision with the Principle of Unique Color Codes[C]//2007 IEEE International Conference on Robotics and Automation. Washington:IEEE, 2007:429-434.

[10]Robert F,Karlicek J. Future Directions in LED Applications[M]. London:Thermal Management for LED Applications,Volume 2 of Solid State Lighting Technology and Application Series, 2014:519-541.

[11]劉飛,李曉,封小華.OLED照明技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)[J].照明工程學(xué)報(bào),2014,25(3):93-97.

[12]侯遠(yuǎn)韶.機(jī)器視覺系統(tǒng)中光源的選擇[J].洛陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào),2014,33(8):45-49.

[13]章煒.機(jī)器視覺技術(shù)發(fā)展及其工業(yè)應(yīng)用[J].紅外,2005,27(2):11-17.

[14]李炳乾.LED環(huán)形光源研制[J].照明工程學(xué)報(bào),2007,18(1):63-66.

[15]巢時(shí)斌,丘東元,張波.LED驅(qū)動(dòng)方式分析及性能比較[J].電氣器應(yīng)用,2011(14):40-44.

[16]龔聰,徐杜.光源強(qiáng)度變化對(duì)圖像檢測(cè)精度的影響及其解決方法[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2014,13(14):236-239.

[17]張磊.機(jī)器視覺顏色檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用研究[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué),2011:8-30.

[18]Robert P B, Mary T. Optical Design and Stray Light Concepts and Principles[M]. London: Springer Handbook of Lasers and Optics, 2012:427-445.

[19]梁融,聶宇宏,聶德云,等.LED散熱器散熱特性分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].照明工程學(xué)報(bào),2014,25(1):94-97.

(責(zé)任編輯：王長(zhǎng)通)

收稿日期：2016-04-12

基金項(xiàng)目：河南省教育廳自然科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2011A460015)；河南省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(142102210085)

作者簡(jiǎn)介：尚會(huì)超(1974-)，男，河南長(zhǎng)葛人，副教授，博士，主要研究方向?yàn)闄C(jī)器視覺及智能控制。

文章編號(hào)：1671-6906(2016)03-0016-06

中圖分類號(hào)：TP391

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1671-6906.2016.03.004

Key Technology Analysis of Machine Vision Lighting System

SHANG Hui-chao1, YANG Rui1, DUAN Meng-zhen1, DUAN Xiao-wei1, ZHANG Hong-bin2

(1. Zhongyuan University of Technology， Zhengzhou 450007;2. Henan Xinya Clothing Co.Ltd.， Hebi 456750, China)

Abstract：The machine vision technology has been widely used in many fields of industry and life. lighting system is an important factor which influences the performance of the machine vision system, it decides the quality of original image and then affects the processing effect of the machine vision system. This paper introduces the development of machine vision lighting system, summarizes the key technology including light source types and their advantages and disadvantages, the choice of position and shape, drive and control, the relationship between the performance of light and image, optical auxiliary tools and lighting design softwares, and so on. At last, some technical problems should to be solved are proposed including uniformity of illumination, heat problems, controller technology, universal design and so on.

Key words：machine vision; lighting system; light source; image quality