摘要：由于LED是一種壽命長(zhǎng)、功耗低、無(wú)輻射的節(jié)能環(huán)保型光源，LED光源在照明領(lǐng)域的應(yīng)用，LED（LighyEmittingDiode），又稱發(fā)光二極管，它們利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合，放出過(guò)剩的能量而引起光子發(fā)射產(chǎn)生可見(jiàn)光。LED光源在機(jī)器視覺(jué)的圖像處理中也是應(yīng)用很廣泛的成像光源之一。本文從光學(xué)角度和光學(xué)成像角度進(jìn)行了分析，并對(duì)應(yīng)用在視覺(jué)系統(tǒng)的圖像處理中LED光源的選擇和分類，怎么樣根據(jù)檢測(cè)類型來(lái)選擇合適的LED光源和布設(shè)光源時(shí)的方法和注意問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)闡述。
　　關(guān)健詞：LED光源;光學(xué)原理;分類;應(yīng)用
　　一、LED光源的特點(diǎn)
　　多變幻：LED光源可利用LED通短時(shí)間短和紅、綠、藍(lán)三基色原理，在計(jì)算機(jī)技術(shù)控制下實(shí)現(xiàn)色彩和圖案的多變化，是一種可隨意控制的“動(dòng)態(tài)光源”。
　　高節(jié)能：直流驅(qū)動(dòng)，超低功耗，電光功率達(dá)90%以上，同樣照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。
　　壽命長(zhǎng)：LED光源無(wú)燈絲、工作電壓低，使用壽命可達(dá)5萬(wàn)到10萬(wàn)小時(shí)，也就是5年到10年時(shí)間。
　　利環(huán)保：使用中不發(fā)出有害物質(zhì)、無(wú)輻射。
　　高新尖：與傳統(tǒng)光源比，LED光源融合了計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、嵌入式等高新技術(shù)，具有在線編程、無(wú)限升級(jí)、靈活多邊的特點(diǎn)。
　　所以在LED光源廣泛應(yīng)用于成像系統(tǒng)中作為照明，為物體光線照明，使攝像頭能感光物體的外形、顏色、缺陷等。
　　二、光在圖像處理中的作用
　　光是圖像處理中不可缺少的因素，這有兩個(gè)基本作用：一是有了光，才能有感光材料感光的可能，將感光材料置于黑暗環(huán)境，即使放置時(shí)間很長(zhǎng)，也是無(wú)法感受光而得到影像的，二是有了光，才有了物體的形態(tài)，色彩和質(zhì)感，而不同的光線對(duì)同一物體產(chǎn)生不同的形態(tài)，色彩和質(zhì)感效果。因此，在機(jī)器視覺(jué)的圖像處理上，要合理地選用光線。成像技術(shù)的用光是一項(xiàng)創(chuàng)造性的工作，成像上對(duì)光線的描述有六個(gè)因素，分別為光度、光質(zhì)、光位、光型、光比和光色等。
　　光度是光的的最基本因素，它是光源發(fā)光強(qiáng)度和光線在物體表面所呈現(xiàn)亮度總和。
　　光質(zhì)是指光的硬、軟性質(zhì)。所謂硬，指光產(chǎn)生的陰影的明晰而濃重，輪廓鮮明，反差高；所謂軟，指光產(chǎn)生的陰影柔和、不明快、輪廓漸暈，反差低。硬光帶有明顯的方向性，它使被測(cè)物體產(chǎn)生鮮明的明暗對(duì)比，有助于質(zhì)感的表現(xiàn)，硬光往往給人一種剛毅、富有生氣的感覺(jué)。軟光沒(méi)有明顯的方向性邊疆適于反映物體的形態(tài)和色彩，但不善于表現(xiàn)物體的質(zhì)感和細(xì)節(jié)。軟光往往給人以輕柔、細(xì)膩之感受。光質(zhì)的軟硬同光源的大小及光源與被檢測(cè)體距離有關(guān)。
　　光位也稱光的方向，指光源相相對(duì)于被檢測(cè)體的位置。光位決定著被檢測(cè)體明暗所處的位置，同時(shí)也影響著被檢測(cè)體的質(zhì)感和形態(tài)。
　　光位可分為順光、側(cè)光、逆光、頂光、腳光和散射光等六種。
　　順光常稱正面光，這種光從正面射被檢測(cè)體，用順光拍檢測(cè)體受光均勻，色彩還原真實(shí)、飽和，但缺乏應(yīng)有的空間感和立體感，也不利于被檢測(cè)體體質(zhì)感受的表現(xiàn)。因此順光缺乏立體感而成為忌用光。
　　側(cè)光指從被檢測(cè)體斜側(cè)處射過(guò)來(lái)的光，側(cè)光通常又分前側(cè)光、正側(cè)光和后側(cè)光三種。前側(cè)光一般指45º方位的正面?zhèn)裙猓�前�?cè)光是很常用的光位，它會(huì)使被檢測(cè)體的凸起部位在光的照射下產(chǎn)生的陰影，由于陰影產(chǎn)生，正側(cè)光一般為90º方位的光。正側(cè)光比前側(cè)光更能產(chǎn)生強(qiáng)烈的明暗對(duì)比，使被檢測(cè)體產(chǎn)生戲劇性的陰陽(yáng)效果。它能表現(xiàn)被檢測(cè)體的表面和立體感。
　　三、LED 光源的綜合應(yīng)用
　　以上從光學(xué)角度進(jìn)行了分析，在機(jī)器視覺(jué)的圖象處理中不僅要靠LED光源光源來(lái)形成不同光質(zhì)和光位的光線，而且要靠人為地營(yíng)造出一種適合被測(cè)物體的測(cè)量類型的特殊的光場(chǎng)，下面就從圖象處理的角度進(jìn)行分析。物體的檢測(cè)主要分為形休和表面兩大類：
　　對(duì)形體的測(cè)量，如長(zhǎng)度、形狀、一致性、邊緣數(shù)量等相同類型的測(cè)量，需要對(duì)物體的邊緣進(jìn)行強(qiáng)化。布設(shè)LED光源光源必須能使物體的形態(tài)完全真實(shí)地表現(xiàn)出來(lái)，而且成像出來(lái)的效果應(yīng)具有很強(qiáng)的質(zhì)感。能應(yīng)用的LED光源光源類型有背光源、直線光源。
　　對(duì)表面的檢測(cè)，如表面缺陷、表面灰度、標(biāo)簽等相同類型的測(cè)量，需要對(duì)物體表面進(jìn)行強(qiáng)化，布設(shè)的LED光源光源必須能使物體的表面灰度的明暗變化，表面如有凹凸不平、缺陷和圖案等，在光線的作用下都能在圖像中表現(xiàn)出來(lái)，而且在灰度上有明顯的區(qū)別。能應(yīng)用的LED光源光源類型有環(huán)型光源、直線光源、全角度光源。
　　四、應(yīng)用在圖像處理中的LED光源分類
　　1、發(fā)光顏色
　　常用于成像系統(tǒng)中的LED光源的發(fā)光顏色主要有紅、黃、綠、青、橙、紫、白色7種，發(fā)光顏色的選擇要根據(jù)所檢測(cè)物體的外觀顏色來(lái)合理選擇，根據(jù)光投射在表面反光所成像的效果來(lái)判斷，什么顏色的光效果好就用什么顏色，沒(méi)有特別的講究，一般白色發(fā)光LED光源光源用得比較多一點(diǎn)，因?yàn)楹芏囝伾珜?duì)白色反射效果都很明顯。
　　2、光線類型
　　按照發(fā)光光線的類型分常見(jiàn)的有：
　　環(huán)形光源---外形呈圓形（空心圓），所發(fā)出的光是一圈直線光，應(yīng)用于表面檢測(cè)如缺陷、灰度等。
　　平板光源---外形呈矩形或者圓形，所發(fā)出的光是一個(gè)面的平行直射光，應(yīng)用于形體檢測(cè)如尺寸、形狀、一致性、邊緣數(shù)量等
　　柱體光源---外形呈圓柱體或者長(zhǎng)方體形，所發(fā)出的光是一束或者有寬度的的一束光，應(yīng)用于表面檢測(cè)如缺陷、灰度等。
　　全角度光源---外形呈半圓空心圓弧形，所發(fā)出的光是一個(gè)多角度、多方向的光線，而且LED光源光源的發(fā)光體的發(fā)光角度和強(qiáng)度都可以調(diào)節(jié)，此類光源用于外形不規(guī)則的物體成像效果非常好，應(yīng)用于表面檢測(cè)如缺陷、灰度等。
　　3、控制類型
　　LED光源光源的發(fā)光強(qiáng)度分為可調(diào)和固定的，可調(diào)的分為自動(dòng)調(diào)整和手動(dòng)調(diào)整。固定發(fā)光強(qiáng)度保持在固定的強(qiáng)度。可調(diào)整的能通過(guò)手動(dòng)或者根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采光反饋來(lái)調(diào)整發(fā)光強(qiáng)度。
　　五、問(wèn)題分析
　　在實(shí)際的成像過(guò)程中，最難做的就是表面不規(guī)則多形狀的物體的成像處理難度最大，因?yàn)樵谒�可能有柱體、圓錐、圓弧、半圓而且各段的在小和長(zhǎng)度都是不相同的，這種物體僅靠選擇一種合適的光源很難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵谕�一個(gè)LED光源光源所發(fā)出的光作用在不規(guī)則的物體表面上所反射光的方向是不一樣的，而且強(qiáng)弱也不一樣，這就使成像效果會(huì)產(chǎn)生明暗非常強(qiáng)烈的反差，這樣使物體表面根本不能真實(shí)地反映在圖像上，也就不能準(zhǔn)確進(jìn)行分析檢測(cè)了。要解決這個(gè)問(wèn)題，就必須保證射在物體表面的各處的受光反射必須均勻，所以光靠LED光源光源所發(fā)出的光線是不能滿足要求的，得利用特殊的反光材料在物體的有效范圍內(nèi)形成一個(gè)相對(duì)均勻的散射光場(chǎng)，這樣既有避免雜光對(duì)成像的干攏，又使得物體表面反光成像相對(duì)均勻和反映真實(shí)的灰度，這樣就能使視覺(jué)系統(tǒng)正確地對(duì)圖像進(jìn)行分析判斷。
　　結(jié)論：
　　本文介紹了設(shè)計(jì)一套用于成像的光學(xué)系統(tǒng)的基本配置，和怎樣根據(jù)檢測(cè)類型正確選擇LED光源類型，提出了怎么樣根據(jù)物體外形和顏色來(lái)選擇LED光源的發(fā)光顏色、發(fā)出光線類型、控制類型等參數(shù)，使相機(jī)采集高清楚、高質(zhì)量的圖像，而且采集的圖像能真實(shí)地反映出所要檢測(cè)的項(xiàng)目的特點(diǎn)，并在圖像的灰度中反映出來(lái)，進(jìn)行分析檢測(cè)。