机器视觉照明控制的重要性

机器视觉照明控制的重要性

适当的照明对项目的成败至关重要

当工程师开始搭建新的机器视觉系统时，他们通常会非常仔细地考虑运动速度、光学和图像处理软件。照明通常是下一个需要考虑的问题，因为合适的照明可以显著减少软件开发时间，甚至对项目的成功或失败至关重要。照明的目的是在视场上投射一个均匀的照明区域，以便获得清晰的图像，并可以从背景中分离出所需的特征。

机器视觉照明控制的类型

大多数机器视觉系统的光源常使用以下三种驱动：恒压驱动、带脉宽调制（PWM）的电压驱动或恒流驱动。最早的光源照明控制器是电压驱动，这种技术在普通的应用中是足够的。然而，用电压驱动光源会有显著的缺点:光源的电源电压是恒定的，需要通过电流来决定所获得的亮度，而不是电压。由于光源在使用过程中温度会发生变化，相同的电压也会产生不同的亮度。

图1展示了典型光源的照度和正向电流之间的线性关系。它表明正向电流和电压之间的关系是非常非线性的，电源电压的一个微小变化就会引起电流的大变化，从而造成亮度的大变化。这种效应意味着电压驱动不能在照明强度上实现精确和准确的调节。电压驱动器也容易受到系统供电电压的小波动，这可能导致照明水平发生显著变化。

尽管有电压驱动的局限性，一些照明控制器利用这种类型的电源来节省成本。由于电压驱动不能直接控制照明亮度，因此可以采用脉宽调制（PWM）代替。PWM在每次曝光时开关几次，以获得平均亮度。PWM脉冲由内部时钟控制，为了获得对亮度的精确控制，需要一个更快的内部时钟。时钟限制了PWM可以提供的照明级别的数量。一个典型的电压驱动照明控制器提供100个强度级别，而一个典型的电流驱动照明控制器通常提供几千个强度级别和更好的控制水平。

恒流照明控制器的设计通过恒流照明控制器的设计通过可控的电流直接控制照明强度。恒流驱动可能是LED照明控制中最精确和可靠的选择，因为照明强度与电流成正比，而电流驱动不受电源变化的影响。恒流控制器在高速系统和需要脉冲光的地方也有显著的好处。

高速照明控制

照明控制的一个重要挑战是为每次曝光创建可重复的照明强度，这得益于精确的方形脉冲，具有稳定的上升沿和下降沿。尖锐的脉冲边缘很难通过电压驱动实现，特别是当照明控制器和灯之间的电缆很长时，可能会导致亮度随着时间和曝光的不同而变化。恒流照明控制器能够利用更高的电压水平，快速建立准确的照明，而不会造成EMC干扰。这使得恒流驱动比电压驱动快10倍。

在PWM系统中，照明强度的准确性依赖于每次曝光有大量的电压脉冲。高速的照明系统可能只有几微秒的曝光时间，每次曝光只会出现几个PWM脉冲。在这种高速照明系统中，PWM周期的不同会对照明强度产生可测量的影响。如图2所示，相机曝光和PWM脉冲的时钟导致相机第一次曝光比第二次曝光接收到超过30%的光，一个更快的内部PWM时钟可以减少这种影响，但这些高速电压脉冲会导致邻近系统的EMC干扰。更先进的PWM系统可能提供同步PWM周期与相机快门的能力，但这可能很难实现，特别是滚动快门相机系统。

频闪的优势

现阶段光源照明的一个重要好处是，光源可以产生比设备制造商指定的最大亮度更高的照明。这是通过一种被称为频闪的技术实现的，即经过光源的一个短暂但高的电流来实现的。当二极管内部的散热处理得当时，频闪不会损坏LED，因此它永远不会超过安全水平，这是通过基于LED灯的额定功率、通过光源的电流和占空比的精确计算完成的。为电源提供24V电压的基于电压的照明控制器不能创造一个可控的频闪水平，而那些提供双电压的照明控制器则会在两个电压水平之间出现不可预测的亮度不连续性。只有恒流控制器才能安全、准确地控制频闪。