LED在機(jī)械視覺(jué)中的應(yīng)用

機(jī)械視覺(jué)是指電腦視覺(jué)應(yīng)用到工廠(chǎng)自動(dòng)化的過(guò)程。機(jī)械視覺(jué)使用數(shù)碼相機(jī)、照明及圖像處理軟件來(lái)進(jìn)行過(guò)去由檢查員進(jìn)行的檢測(cè)工作。抓拍高質(zhì)量的圖像是非常重要的，因?yàn)殡娔X是以對(duì)這些圖像的分析為基礎(chǔ)來(lái)做判斷的。

機(jī)械視覺(jué)系統(tǒng)可設(shè)計(jì)來(lái)執(zhí)行指定的任務(wù)，比如說(shuō)清數(shù)傳送帶上的物品數(shù)量、讀取系列號(hào)、查找表面缺陷等。雖然機(jī)械視覺(jué)系統(tǒng)既不具備智能也沒(méi)有檢測(cè)員的學(xué)習(xí)能力，但它在許多應(yīng)用場(chǎng)所都非常有用。機(jī)械視覺(jué)系統(tǒng)在要求高速、高放大率、24小時(shí)運(yùn)作以及重復(fù)檢測(cè)的視覺(jué)檢測(cè)中，非常受歡迎。

為什么使用LED？如何使用LED？

機(jī)械視覺(jué)中最關(guān)鍵的一個(gè)方面就是選擇正確的照明。多年來(lái)，光纖照明配合鹵素光源都是最理想的選擇方案。但是，隨著LED的發(fā)展和性能/價(jià)格方面的不斷改進(jìn)，它在機(jī)械視覺(jué)應(yīng)用中的作用也更為可*，性能也更穩(wěn)定。

（圖：環(huán)行照明。Schott已研發(fā)了專(zhuān)門(mén)用于立體顯微及放大效果的VisiLED系列。圖中上部是明視場(chǎng)環(huán)形燈，下部是傳輸式燈臺(tái)。）

由于機(jī)械視覺(jué)相機(jī)的敏感度不及人眼，使用精確的照明來(lái)突顯特色區(qū)域就很必要了。對(duì)機(jī)械視覺(jué)來(lái)說(shuō)，具有足夠的燈光亮度、能夠控制亮度以及保持照明區(qū)域亮度的一致性是非常重要的。實(shí)際上，LED在所有的機(jī)械視覺(jué)中都被用來(lái)照亮物品。

物品照明時(shí)會(huì)用到多種技術(shù)，而這些技術(shù)都要求用不同的方式來(lái)組合LED，其中包括：

- 封貼在相機(jī)透鏡周?chē)h(huán)形照明產(chǎn)品用來(lái)提供均衡、無(wú)陰影的前照式照明；
- 從后部提供均衡照明的背光燈用來(lái)暴露邊緣缺陷等特征；
- 用來(lái)提供一致亮度的燈束，線(xiàn)掃描的相機(jī)應(yīng)用中就有這樣的要求；
- 發(fā)光光束較淡的暗地環(huán)形照明，要求在搜尋擦痕等缺陷時(shí)非常有用；
- 只允許直接反射光線(xiàn)進(jìn)入相機(jī)的軸形照明，是表面照明的最優(yōu)方案。

與其他光源相比的優(yōu)勢(shì)

在過(guò)去，向所需區(qū)域提供照明的最常用方法就是使用鹵素光源與光纖照明相結(jié)合。而這種方案最大的不便就是每1500小時(shí)就需要更換燈泡，而且燈光亮度退化得很快。與此相對(duì)的是，典型紅光LED的使用壽命是100,000小時(shí)，而且因?yàn)樗潜容^流行的色彩，價(jià)格也不貴。紅光LED也是單色機(jī)械視覺(jué)應(yīng)用的最佳選擇，因?yàn)樗c相機(jī)CCD感應(yīng)器的峰值靈敏度一致。

因?yàn)長(zhǎng)ED有各種色彩可選，它還適于色彩應(yīng)用。白光LED與鹵素光源具有相同的特性，但它的使用壽命為50,000小時(shí)左右。不過(guò)，因?yàn)榘坠釲ED是生產(chǎn)商以藍(lán)光LED為基礎(chǔ)，使用磷光體涂層而制成的，所以不同生產(chǎn)商的白光可能有所不同，這在LED需要更換時(shí)，可能會(huì)在一定應(yīng)用場(chǎng)所引發(fā)色彩不一致的問(wèn)題。

在需要更多背光以及更大燈束的應(yīng)用中，沿著照明產(chǎn)品很難獲得足夠的燈光。而當(dāng)使用LED時(shí)，只需多使用幾個(gè)LED，同時(shí)確保有效地消除了熱能問(wèn)題就可以了。

穩(wěn)定光源以及光纖附件的最初成本大致與LED陣列相同。然而，考慮到成本/小時(shí)方面，LED的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他任何一款同類(lèi)穩(wěn)定光源。通過(guò)使用合適的控制器，LED更容易截?cái)?、提升使用壽命以及光輸出亮度。而且，使用LED沒(méi)有電線(xiàn)長(zhǎng)度限制。

具體產(chǎn)品范例

Phlox利用專(zhuān)利技術(shù)，設(shè)計(jì)并制造了極度一致的背光。這款背光由專(zhuān)門(mén)刻制的PMMA材料組成，LED精確地圍繞在邊緣以提供照明。最終成品的均衡度為+/- 3%，亮度高達(dá)30,000 cd/m2，是光纖背光與150瓦鹵素光源組合亮度的6.5倍。有高亮的紅光或白光可選、尺寸各異、僅為8.5mm厚。

V形立方體光束通過(guò)使用Luxeon Ⅲ，使得LED光束具有不同亮度。因?yàn)樾枰?00 W/m的熱能，它還具有水冷功能。最終成品就是光束亮度非常一致，而且比同類(lèi)光纖產(chǎn)品更明亮。

未來(lái)的發(fā)展

白光LED技術(shù)的不斷提高將為機(jī)械視覺(jué)應(yīng)用提供最大的便利。如果LED在使用壽命和色彩一致性方面能得到進(jìn)一步的提升，那它就可以完全取代鹵素光源。

雖然如今的LED在大多數(shù)應(yīng)用中已具備了足夠亮度，但光束和更大場(chǎng)合應(yīng)用還需要更高亮度的LED產(chǎn)品。更具能效的LED也會(huì)帶來(lái)更大的收益，比如說(shuō)減少熱消散問(wèn)題等。