视觉光源尺寸选型方法

文/东莞乐视自动化科技有限公司

在进行视觉光源方案评估时，应该为视觉光源预留多大的位置，是一个很考验工程师的技术问题。

在评估视觉方案时，如果视觉机构设计前期没有做光源测试验证，后期大概率会出现机构预留空间过小的难题，即实际可用的光源往往比原来预留的位置大，从而与机构发生干涉；如果为了满足尺寸要求，采用可安装的小光源，又极可能因光源不符导致成像质量差、照射效果不理想等问题，从而影响整个项目的进展，最终还是需要根据实际光源大小，改动机构安装空间，整个过程费时费力。

因而在评估视觉方案时，前期做好光源选型评估尤为重要，目前大部分的视觉方案都是先进行打光测试，确定好光源大小与高度后，再进行视觉部分的机构设计，这对后期整个项目顺利开展会有很大帮助。

选型案例

图1、图2是两张光源大与小的成像对比图，图1由于光源小，导致光斑不能覆盖视野区域；图2光源大小合适，能覆盖整个视野区域，整体效果均匀，检测特征明显。

在未经初期打光实测的情况下，如何选择大小合适的光源呢？

在拿到测试样品后，先要了解检测特征，判断光源的光路类型与颜色。选好这些以后，就可以判断所需光源的大小了。

主要有以下三点参考依据：

第一：照射方式。照射方式有两种，一为正面照射，二为底部背光照射；

第二：镜头选择。镜头有两种，分别为FA镜头及远心镜头；

第三：光源的工作距离与视野大小。

照射方式

由正面照射方式去判断检测面是否光滑反光，不反光的面对光源大小要求不高，大概为视野的1/2大小的光源即可。

重点以反光面为例去判断如何选择光源的大小。首先需要检测反光面上的特征，将光斑布满整个视野，均匀成像，这样才能有更好的对比度。

同时需要知道三个参数：相机的靶心尺寸、相机到检测面的工作距离、视野大小（视野长与宽对应的是相机芯片的长宽）。如果是FA镜头需要了解夹角参数，以得出相机镜头的投射角度与反射角度，如图3-5所示，可以看到投射与反射形成一个W状图形。如果光源在投射角度外（见图3），反射角度内就会有光斑存在；如果光源在反射角度临界区域（见图4），成像的视野边就会看到光斑；只有光源在反射边（W）以外（见图5），才能得到一个均匀的成像效果图。

底部背光照射同理，但是不需要计算反射角，光源离检测面越远，投射的角度延伸宽度就越大，FA镜头选择背光时可以这样去计算评估，如图9-11所示。

镜头选择

上面的两种照射方式只提到FA镜头，图文也是以FA镜头举例参考，其实还有一种镜头需要说明，就是常用的远心镜头。远心镜头基本为平行光路类型，所以在配合远心镜头选择光源大小时，只需要比实际的视野略大一点即可，如图12-13所示。

光源的工作距离与视野大小

已知相机靶心与工作距离、镜头夹角、光源工作距离与视野后，就可以通过计算来确定光源的大小，还可以通过CAD等绘图软件按照参数绘制出图形，直观地观察光源的光斑在哪个位置，确定是否选到大小合适的光源，如图14-15所示。

当镜头为普通FA镜头时，由相似三角形的特征，可得到光源工作距离Wd与面光长度L的关系：

WD        FOV

———— = ——