资源描述：
《彩色视觉测量中的LED照明系统设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第32卷第1期发光学报Vol32No12011年1月CHINESEJOURNALOFLUMINESCENCEJan.,2011文章编号:10007032(2011)01006406彩色视觉测量中的LED照明系统设计贾果欣,曲兴华,梁海昱,祝振敏(天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津300072)摘要:设计并制作了一套基于发光二极管(LED)的具有多颜色特征的光源系统,分析了光源工作原理,进行了光学结构设计。应用MAX16807芯片和脉宽调制(PWM)技术设计专用驱动电路,实现了LED
2、的恒流驱动和亮度数字调制。实验证明,该光源预热后的照度、主波长和色品坐标稳定,辐照均匀度达到90%以上,可以满足彩色视觉测量的需要并取得良好的图像效果。关键词:彩色视觉测量;光源;光学设计;LED驱动中图分类号:TN312.8PACS:78.60.FiPACC:7860F文献标识码:ADOI:10.3788/fgxb20113201.00641引言2LED光源系统视觉测量的核心是图像采集和处理。所有信2.1设计原理与结构分析息均来源于图像,除图像本身的质量外,光源的光根据色光混合的
3、4个基本规律:色光连续变[4]谱分布则是影响视觉系统图像质量的另一重要因化规律、补色率、中间色律和替代率,使用单色素。彩色视觉测量不同于灰度视觉测量,它是将性良好的红、绿、蓝三基色LED,通过独立精确控单纯的灰度阶变化一维信息丰富到彩色三维信制其发光强度,能够模拟出各种均匀稳定的颜色。[1]息。光源发射与被测物体表面反射的光谱特在选择LED波段时,应该使3种颜色的波长匹配性决定了视觉测量系统所采集到的光能的光谱分于摄像机3种谱线的峰值。布,即使结构和照明方式相同的光源,由于发光照明系统的设计应在整个视场内保证足够
4、的光谱不同得到图像也会有很大的差别。所以,辐照强度、均匀度以及良好的发光稳定性和纯净[5]全光谱光源或特定光谱的光源在提取目标的颜度。发光二极管是一个近似朗伯(Lambertian)色、轮廓等特征信息时扮演着十分重要的角色。光源,到距离为d的屏幕上的辐照强度分布为:m如何利用光源颜色特性得到最佳对比度效果的ILEDcosE(r,)=2,(1)图像一直是彩色视觉测量照明系统开发的重要d[2]方向。其中ILED为LED沿轴线方向的光强,为出光方单色LED具有体积小、便于集成、驱动简单、向与轴线之间的夹角,m是与
5、LED本身有关的参[3]比普通光源单色性好等优点,近年来在发光强数。根据式(1),LED所发出的光线在屏幕上形度、峰值波长、半波带宽等性能上都得到了非常大成的照度随的增大而迅速衰减,这样的辐照分的改进。本文针对彩色视觉测量系统的特殊要布,如果不经过光学系统处理而采用直射式照明,求,结合红、绿、蓝三色LED的优势,设计并制作既会造成物体表面反射不均又会导致红绿蓝3色了一种具有多颜色特征、亮度数字可调、辐照均匀光的混合不充分。图1为采用绿色LED直接照的LED光源。明时采集的图像,可以明显地看出其辐照区域均收稿
6、日期:20100429;修订日期:20100708基金项目:国家自然科学基金(50875185);天津市应用基础及前沿技术重点项目(09JCZDJC23600)资助作者简介:贾果欣(1974-),女,天津人,博士研究生,主要从事彩色视觉测量方面的研究。Emai:ljiagx@tju.edu.cn第1期贾果欣,等:彩色视觉测量中的照明系统设计65图1采用LED直接照明时的图像采集结果Fig.1ResultofdirectLEDillumination图3光源系统实物匀性差,使用灰度相同的
7、色块采集图像后,差异变Fig.3PracticalLEDilluminationsystem得十分显著。一个通光孔径。3种颜色的LED发出的光垂直因此,能够达到所要求的光源系统应该采用向上照射在漫反射半球中,经过漫反射后在被测前向照明技术,即光源照射在目标物体上,位于光试平面形成均匀的照明。源同侧的相机接收物体反射的光,这样最有利于2.2照度模型与仿真提取被测目标的颜色信息以及表面细节特征。为对于LED光源,其芯片发光尺寸相对于照明了解决投影问题以及辐照均匀性问题,我们采用距离来讲可以忽略,因此可以把LED光
8、源近似为散射光照明,即让3种颜色的光在一个半球形的[6]点光源。将式(1)改为正交坐标系下的表达式:反射罩内发生漫反射,利用反射光实现二次照明。m图2为彩色视觉测量光源系统示意图。zILEDE(x,y,z)=222(m+2)/2,[(x-X)+(y-Y)+z](2)其中X,Y为LED在xy平面上的坐标,m可由式(3)得出:-ln2m=,(3)ln(cos1/2)其中,
