基于LED陣列與漫反射自由曲面的均勻照明光源設計

劉百芬，金小龍，祝振敏

(華東交通大學 電氣與電子工程學院，江西 南昌 330013)

引言

在機器視覺測量系統中，光源的光照均勻程度和照明強度會對采集圖像的分辨率和檢測目標的對比度產生重要影響[1-3]。光照不均、光照過暗都會造成圖像中測量目標和背景的對比度過弱，從而增大后續圖像處理的難度，影響測量精度。因此，設計一個照度合適的均勻照明光源對提高機器視覺系統的檢測精度和可靠性至關重要。

發光二極管(LED)作為新一代的綠色光源，具有發光效率高、能耗低、壽命長、結構緊湊、安全性和穩定性好等諸多優點，近年來越來越廣泛地應用在機器視覺測量這種需要均勻照明條件的領域[4-9]。但是，單顆LED所能提供的光能有限，很難滿足實際系統中大面積、高亮度的照明要求；并且，大部分LED產品的出光呈現朗伯分布，并不適合單獨作為系統光源。因此，在大多數應用場合中往往需要進行合適的光學設計，才能滿足機器視覺測量的需要。Moreno等通過合理配置各種LED陣列(環形、線形、方形、球形)，利用直射方式有效地得到了均勻照明[4]。丁毅等通過設計一個用于二次配光的自由曲面反射器，將LED發出的光強重新分配，在目標平面上得到均勻照明區域[5]。然而，采用多個波段的LED作為彩色視覺系統的光源進行直射照明往往會產生混光不均的問題；此外，若利用理想光學器件進行間接照明，大量光線經鏡面反射或折射后，可能產生眩光不適、曝光過度等現象，這將嚴重影響圖像質量，不利于后續圖像處理工作的開展。……