数字图像处理实验-光源的应用.pdf

光源在机器视觉 系统中的应用 光电工程学院 田 会 光源的作用 （1） 照亮目标，提高目标亮度； （2） 形成最有利于图像处理的成像效果； （3） 克服环境光干扰，保证图像的稳定性； （4） 用作测量的工具或参照。 光源的基本特征参数 辐射效率：在给定波长范围内，某一光源发出的辐射通量与 产生这些辐射通量所需的电功率比，称为光源在该光谱范围 内的辐射功率。 发光效率：某一光源所发射的光通量与产生这些光通量所需 的电功率之比，称为该光源的发光效率。 色温：辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光的颜 色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温。 光源的颜色：包含色表和显色性。用眼睛直接观察光源时所 看到的颜色称为光源的色表；当这种光源照射物体时，物体 呈现的颜色 （也就是物体反射光在人眼内产生的颜色感觉） 与该物体在完全辐射体照射下所呈现的颜色的一致性，称为 该光源的显色性。 光源是机器视觉系统中的重要组成部分，照明设计是机 器视觉系统设计的重要环节。本章主要从应用角度介绍光源 的特性，重点介绍LED光源的分类和应用场合。 光源是指能够产生辐射的辐射源，一般分为天然光源和 人工光源。天然光源是自然界中存在的辐射源，如太阳、天 空、恒星等。人工光源是人为将各种形式的能量 (热能、电 能、化学能)转化成光辐射能的器件，其中利用电能产生光 辐射的器件成为电光源。 自然光源 由自然过程产生的辐射源称为自然光源。各类天体 （包括 地球、太阳、星体）及大气都是自然光源。 太阳：太阳是最重要的自然光源，人们的视觉观察活动主 要是在太阳的照明下进行的。在许多情况下，直接或简介利用 太阳光做光源时，要考虑到天气变化对测量的影响。 天空：天空也同样是一个重要的自然光源。 人工光源的分类 按发光机理，人工光源可分为： 热辐射光源：白炽灯，卤钨灯，黑体辐射器 气体放电光源：汞灯，荧光灯，钠灯，氙灯，金属 卤化物 灯，氘灯，空心阴极灯 固体发光光源：场致发光二极管，发光二极管，空心阴极灯 激光器：气体激光器，固体激光器，染料激光器，半导体激 光器 钨丝白炽灯：钨丝白炽灯在电流作用下维持钨丝的温度而发 生辐射，属于热辐射体。钨丝白炽灯的功率由所需要的光通 量和灯的发光效率确定。 卤钨灯：是一种改进的白炽灯。灯丝具有亮度高、发光效率 高、形体小、成本低等特点。目前常用的卤钨灯主要有碘钨 灯和镍钨灯。 气体放电灯：气体放电灯一般包括汞灯、钠灯、氙灯等，他 们的共同原理是气体放电。其中氙灯是由充有氙气的石英灯 泡组成，用高压触发放电。 汞灯主要发射紫外单色谱线，也有几条可见光和红外谱线； 钠灯只发射589.0nm和589.6nm的双黄光。 碘钨灯 白炽灯 气体放电灯 发光二极管 优点:(1) 体积小、重量轻、便于集成;(2)工作电压低、耗电 少、驱动简便，容易受计算机控制;(3)比普通光源单色性 好;(4)发光亮度高，发光效率高，亮度便于调节。 发光光谱和发光效率：发光二极管发射的波峰长度由材料的禁 带宽度决定；发光二极管发射的光通量与输入电能之比表示发 光效率 （单位：lm/W）。 响应时间短，优于1us。 在低工作电流下，发光二极管发光效率随电流的增加而明显增 加，但电流增加到一定值时，发光效率不再增加，而随着发光 电流的继续增加而降低。 激光光源 特点：单色性好、方向性强、光亮度极高等优点。氦氖气体 激光器和半导体激光器在精密检测、光信息处理、全息摄 影、准直导向、大地测量等领域应用极为广泛。 氦氖激光器：由放电管、共振腔、激光电源三部分组成。具 有连续输出激光的能力。输出激光功率不高，只有几毫瓦； 波长为632.8纳米；波长的稳定性度好。输出光束的相干性 及方向性均很强，相干长度可达几十公里，光束发散角为 1mrad。 半导体激光器：工作物质是半导体材料，工作原理与发光二 极管相似。具有体积小、重量轻、效率高，寿命超过1万小 时。室温下激光波长900纳米。脉冲输出激光功率可达几十