基于LED陣列與漫反射自由曲面的均勻照明光源設(shè)計(jì)

劉百芬，金小龍，祝振敏

(華東交通大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，江西 南昌 330013)

引言

在機(jī)器視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)中，光源的光照均勻程度和照明強(qiáng)度會(huì)對(duì)采集圖像的分辨率和檢測(cè)目標(biāo)的對(duì)比度產(chǎn)生重要影響[1-3]。光照不均、光照過(guò)暗都會(huì)造成圖像中測(cè)量目標(biāo)和背景的對(duì)比度過(guò)弱，從而增大后續(xù)圖像處理的難度，影響測(cè)量精度。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)照度合適的均勻照明光源對(duì)提高機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的檢測(cè)精度和可靠性至關(guān)重要。

發(fā)光二極管(LED)作為新一代的綠色光源，具有發(fā)光效率高、能耗低、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)緊湊、安全性和穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在機(jī)器視覺(jué)測(cè)量這種需要均勻照明條件的領(lǐng)域[4-9]。但是，單顆LED所能提供的光能有限，很難滿足實(shí)際系統(tǒng)中大面積、高亮度的照明要求；并且，大部分LED產(chǎn)品的出光呈現(xiàn)朗伯分布，并不適合單獨(dú)作為系統(tǒng)光源。因此，在大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合中往往需要進(jìn)行合適的光學(xué)設(shè)計(jì)，才能滿足機(jī)器視覺(jué)測(cè)量的需要。Moreno等通過(guò)合理配置各種LED陣列(環(huán)形、線形、方形、球形)，利用直射方式有效地得到了均勻照明[4]。丁毅等通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)用于二次配光的自由曲面反射器，將LED發(fā)出的光強(qiáng)重新分配，在目標(biāo)平面上得到均勻照明區(qū)域[5]。然而，采用多個(gè)波段的LED作為彩色視覺(jué)系統(tǒng)的光源進(jìn)行直射照明往往會(huì)產(chǎn)生混光不均的問(wèn)題；此外，若利用理想光學(xué)器件進(jìn)行間接照明，大量光線經(jīng)鏡面反射或折射后，可能產(chǎn)生眩光不適、曝光過(guò)度等現(xiàn)象，這將嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量，不利于后續(xù)圖像處理工作的開(kāi)展?！?br>