自动光学检测系统（AOI）光学成像系统设计

光学成像系统设计

在光学成像模块系统中光学系统的设计就是搭建一个可以快速准确采集具有高质量、高对比度、低噪声等的特征信息图像，使想要检测的特征部分尽量的突出、清晰以方便图像处理。 

 光源及照明方式 

在AOI检测系统中光源是十分重要的组成部分，直接影响着输入数据质量的30%以及处理的速度，其中几个主要的作用分别是：增强目标物体与背景的对比度；提高待测物体边缘的清晰度；去除噪声消除阴影等。这些效果在图像处理的算法上体现的最为明显，好的光源可以简化软件处理步骤，优化系统，提高准确度在机器视觉的检测领域应用最为常见的主要有卤素灯、荧光灯以及LED光源；其中高频荧光灯可以使用约为1500小时以上，优点是面积大、均匀以及扩散性好，缺点是响应速度慢，亮度较暗；卤素灯的使用寿命约为1000小时，优点是亮度高，缺点是响应慢，几乎没色温变化；LED光源使用寿命约为1000-3000小时，优点是可以组合成不同的形状，而且响应速度快，波长可以选择，缺点是受温度影响；由于LED的性价比最高，所以应用最为广泛。按照不同的用途LED主要可以分为以下几类：1.条形LED光源，主要适用于较大结构的特征检测，其颜色可调，可以自由组合以及调整照射角度；2.环形LED光源，将LED围绕着镜头一周排列，根据检测样品的特征来对相机镜头与光线方向进行角度调整，主要是通过产品表面的漫反射来检测的，所以对表面粗糙部分明显，主要是检测物体的表面缺陷和凹凸特性等；3.面光源，表面均匀发光，用于检测轮廓尺寸；4.同轴光源，其特点是避免物体表面的反光，主要用于检测光滑表面的划伤等。 

在本系统中首先对光源的波段进行选取，在光的衍射中，衍射条纹的宽度与波长是成正比的，所以在使用的时候要选用波长较短类型的光源，而且由瑞利判据推导的镜头的分辨率公式：所能分辨的大小δ = 0.61????⁄????????，其中????为波长，NA为数值孔径。当NA固定时，使用短波长颜色的光，镜头的分辨率也就会高。终上所述，因此在使用光源时，我们采取了波长较短的蓝色光源，同时也会得到更大的对比度，然后根据照明的方式对光源的种类进行选取。 

根据检测物的特性这里主要可采用的有两种照明方式：正向环形光照明与平板背光照明。通过尝试这两种照明方式，采集的图像如图1所示，可以很明显的看到通过90°环形光或者同轴光源所采集的图像上钢网的划痕等表面信息较为明显，而在此项目中我们更关心网孔的信息，准确的提取网孔的边缘信息才是最关键的，所以采用平行光从背面照射的背光法来进行搭建结构，背照光源直接透过钢网的孔成像可以避免钢网的纹路以及其他污渍的影响，采集的图像效果是十分理想的，所以采用了可调节光强的平板面光源。 

                                                       图1 正向照明与背向照明原理图与效果图 

参考：

[1]雷雪辉. SMT钢网的自动光学检测系统的研究[D].华中科技大学,2019.