機器視覺光源技術解析：關鍵專有名詞與應用解析
在機器視覺系統中，光源的選擇直接影響影像品質、對比度與檢測準確度。理解光學特性與專業術語，能幫助工程師挑選適合的照明方案，進而提升檢測效能。本篇文章將介紹機器視覺照明中色溫、光通量、光強度、照度、輝度與光譜等關鍵指標，並解析其影響與應用場景。
1. 色溫（Color Temperature）
► 單位：絕對溫度（Kelvin, K）► 定義： 色溫指的是光源發光顏色的特性，定義為與標準黑體（Black Body Radiator）在相同光色時的絕對溫度值。其對應的色點可以在色度圖的普朗克軌跡（Planckian locus）上找到。
一般來說，色溫越高，光線中的藍色成分越多，紅色成分越少，反之亦然。
► 應用與影響：
- 低色溫（暖色光，2700K–4000K）：類似白熾燈或黃光LED，適用於低對比檢測，例如有光澤物體或反光材質。
- 中色溫（中性光，4000K–5500K）：接近自然光，適用於一般檢測應用，如PCB檢測、金屬表面檢測。
- 高色溫（冷色光，5500K–10000K）：接近日光，適用於高對比、高精度檢測，例如半導體晶圓或精細結構檢測。
2. 光通量（Luminous Flux）
單單位：流明（Lumen, lm）
► 定義： 光通量是指光源所發射並被人眼感知的所有輻射能。它代表光源的總發光量，反映了光源的整體亮度輸出
- ►應用與影響：
- 光通量越大，代表光源整體亮度越高，適合大面積均勻照明。
- 在機器視覺應用中，應根據場景需求與感測器靈敏度來選擇合適的光通量，以避免過曝或影像過暗。
3. 光強度（Luminous Intensity）
► 單位：坎德拉（Candela, cd）► 定義： 光強度是指光源在特定方向內的光通量大小，描述光源在某一方向的發光能力。不同光源會在不同方向產生不同的光強度。
► 應用與影響：
-
- 聚光型光源（如點光源、同軸光源）：具有較高的光強度，適合檢測細小結構或需高對比度的應用。
- 擴散型光源（如環形光、背光源）：光強度較低但分佈均勻，適合大面積或低對比度的物體檢測。
4. 照度（Illuminance）
► 單位：勒克斯（Lux, lx）► 定義： 照度是指單位面積內所接收到的光通量，即光源照射到物體表面的光強度。公式為：
► 應用與影響
- 高照度環境：適用於高解析度相機，能提供更清晰的影像。
- 低照度環境：若照度不足，影像可能產生噪點，影響檢測準確性。
5. 輝度（Luminance）
► 單位：坎德拉每平方米（cd/m²）或尼茲（Nits）► 定義： 輝度表示光源或被照面在某一方向上的光強度密度，反映了人眼所感知的亮度。
► 應用與影響：
- 在機器視覺中，適當的輝度可以確保相機獲得足夠的對比度與影像清晰度。
- 影像顯示設備（如監視螢幕、工業顯示器）常使用nits作為輝度單位，數值越高表示畫面越亮。
6. 光譜（Spectrum）
► 定義： 光譜是光線依波長大小排列的分佈，可用光譜圖（Power Spectrum Distribution）來顯示光源的能量分佈。光譜特性影響機器視覺系統的成像效果。► 應用與影響：
- 連續光譜（如太陽光、白熾燈）：適用於需要完整可見光範圍的應用，如自然色檢測。
- 非連續光譜（如LED、雷射、放電燈）：適用於特定波長的檢測，如螢光標記、UV光照射等。
結論：如何選擇合適的機器視覺光源？
選擇光源時，需要根據被測物的材質、反射特性、檢測需求與成像環境來考量。以下是常見應用與光源建議：
| 應用場景 | 建議光源 |
|---|---|
| 高對比檢測（銳利邊緣） | 冷色光（高色溫LED）、同軸光源 |
| 均勻照明（反光材質） | 擴散環形光、背光源 |
| 高精度測量（微米級） | 矩形線光源、偏振光源 |
| 顯色性要求高（食品/印刷） | 連續光譜光源（白熾燈或高顯指LED） |
| UV/IR 檢測 | 特殊波長LED、雷射光源 |
