摘要：由于LED是一種壽命長、功耗低、無輻射的節能環保型光源，LED光源在照明領域的應用，LED（LighyEmittingDiode），又稱發光二極管，它們利用固體半導體芯片作為發光材料，當兩端加上正向電壓，半導體中的載流子發生復合，放出過剩的能量而引起光子發射產生可見光。LED光源在機器視覺的圖像處理中也是應用很廣泛的成像光源之一。本文從光學角度和光學成像角度進行了分析，并對應用在視覺系統的圖像處理中LED光源的選擇和分類，怎么樣根據檢測類型來選擇合適的LED光源和布設光源時的方法和注意問題進行了詳細闡述。
　　關健詞：LED光源;光學原理;分類;應用
　　一、LED光源的特點
　　多變幻：LED光源可利用LED通短時間短和紅、綠、藍三基色原理，在計算機技術控制下實現色彩和圖案的多變化，是一種可隨意控制的“動態光源”。
　　高節能：直流驅動，超低功耗，電光功率達90%以上，同樣照明效果比傳統光源節能80%以上。
　　壽命長：LED光源無燈絲、工作電壓低，使用壽命可達5萬到10萬小時，也就是5年到10年時間。
　　利環保：使用中不發出有害物質、無輻射。
　　高新尖：與傳統光源比，LED光源融合了計算機、網絡、嵌入式等高新技術，具有在線編程、無限升級、靈活多邊的特點。
　　所以在LED光源廣泛應用于成像系統中作為照明，為物體光線照明，使攝像頭能感光物體的外形、顏色、缺陷等。
　　二、光在圖像處理中的作用
　　光是圖像處理中不可缺少的因素，這有兩個基本作用：一是有了光，才能有感光材料感光的可能，將感光材料置于黑暗環境，即使放置時間很長，也是無法感受光而得到影像的，二是有了光，才有了物體的形態，色彩和質感，而不同的光線對同一物體產生不同的形態，色彩和質感效果。因此，在機器視覺的圖像處理上，要合理地選用光線。成像技術的用光是一項創造性的工作，成像上對光線的描述有六個因素，分別為光度、光質、光位、光型、光比和光色等。
　　光度是光的的最基本因素，它是光源發光強度和光線在物體表面所呈現亮度總和。
　　光質是指光的硬、軟性質。所謂硬，指光產生的陰影的明晰而濃重，輪廓鮮明，反差高；所謂軟，指光產生的陰影柔和、不明快、輪廓漸暈，反差低。硬光帶有明顯的方向性，它使被測物體產生鮮明的明暗對比，有助于質感的表現，硬光往往給人一種剛毅、富有生氣的感覺。軟光沒有明顯的方向性邊疆適于反映物體的形態和色彩，但不善于表現物體的質感和細節。軟光往往給人以輕柔、細膩之感受。光質的軟硬同光源的大小及光源與被檢測體距離有關。
　　光位也稱光的方向，指光源相相對于被檢測體的位置。光位決定著被檢測體明暗所處的位置，同時也影響著被檢測體的質感和形態。
　　光位可分為順光、側光、逆光、頂光、腳光和散射光等六種。
　　順光常稱正面光，這種光從正面射被檢測體，用順光拍檢測體受光均勻，色彩還原真實、飽和，但缺乏應有的空間感和立體感，也不利于被檢測體體質感受的表現。因此順光缺乏立體感而成為忌用光。
　　側光指從被檢測體斜側處射過來的光，側光通常又分前側光、正側光和后側光三種。前側光一般指45º方位的正面側光，前側光是很常用的光位，它會使被檢測體的凸起部位在光的照射下產生的陰影，由于陰影產生，正側光一般為90º方位的光。正側光比前側光更能產生強烈的明暗對比，使被檢測體產生戲劇性的陰陽效果。它能表現被檢測體的表面和立體感。
　　三、LED 光源的綜合應用
　　以上從光學角度進行了分析，在機器視覺的圖象處理中不僅要靠LED光源光源來形成不同光質和光位的光線，而且要靠人為地營造出一種適合被測物體的測量類型的特殊的光場，下面就從圖象處理的角度進行分析。物體的檢測主要分為形休和表面兩大類：
　　對形體的測量，如長度、形狀、一致性、邊緣數量等相同類型的測量，需要對物體的邊緣進行強化。布設LED光源光源必須能使物體的形態完全真實地表現出來，而且成像出來的效果應具有很強的質感。能應用的LED光源光源類型有背光源、直線光源。
　　對表面的檢測，如表面缺陷、表面灰度、標簽等相同類型的測量，需要對物體表面進行強化，布設的LED光源光源必須能使物體的表面灰度的明暗變化，表面如有凹凸不平、缺陷和圖案等，在光線的作用下都能在圖像中表現出來，而且在灰度上有明顯的區別。能應用的LED光源光源類型有環型光源、直線光源、全角度光源。
　　四、應用在圖像處理中的LED光源分類
　　1、發光顏色
　　常用于成像系統中的LED光源的發光顏色主要有紅、黃、綠、青、橙、紫、白色7種，發光顏色的選擇要根據所檢測物體的外觀顏色來合理選擇，根據光投射在表面反光所成像的效果來判斷，什么顏色的光效果好就用什么顏色，沒有特別的講究，一般白色發光LED光源光源用得比較多一點，因為很多顏色對白色反射效果都很明顯。
　　2、光線類型
　　按照發光光線的類型分常見的有：
　　環形光源---外形呈圓形（空心圓），所發出的光是一圈直線光，應用于表面檢測如缺陷、灰度等。
　　平板光源---外形呈矩形或者圓形，所發出的光是一個面的平行直射光，應用于形體檢測如尺寸、形狀、一致性、邊緣數量等
　　柱體光源---外形呈圓柱體或者長方體形，所發出的光是一束或者有寬度的的一束光，應用于表面檢測如缺陷、灰度等。
　　全角度光源---外形呈半圓空心圓弧形，所發出的光是一個多角度、多方向的光線，而且LED光源光源的發光體的發光角度和強度都可以調節，此類光源用于外形不規則的物體成像效果非常好，應用于表面檢測如缺陷、灰度等。
　　3、控制類型
　　LED光源光源的發光強度分為可調和固定的，可調的分為自動調整和手動調整。固定發光強度保持在固定的強度。可調整的能通過手動或者根據現場采光反饋來調整發光強度。
　　五、問題分析
　　在實際的成像過程中，最難做的就是表面不規則多形狀的物體的成像處理難度最大，因為在它可能有柱體、圓錐、圓弧、半圓而且各段的在小和長度都是不相同的，這種物體僅靠選擇一種合適的光源很難以實現，因為在同一個LED光源光源所發出的光作用在不規則的物體表面上所反射光的方向是不一樣的，而且強弱也不一樣，這就使成像效果會產生明暗非常強烈的反差，這樣使物體表面根本不能真實地反映在圖像上，也就不能準確進行分析檢測了。要解決這個問題，就必須保證射在物體表面的各處的受光反射必須均勻，所以光靠LED光源光源所發出的光線是不能滿足要求的，得利用特殊的反光材料在物體的有效范圍內形成一個相對均勻的散射光場，這樣既有避免雜光對成像的干攏，又使得物體表面反光成像相對均勻和反映真實的灰度，這樣就能使視覺系統正確地對圖像進行分析判斷。
　　結論：
　　本文介紹了設計一套用于成像的光學系統的基本配置，和怎樣根據檢測類型正確選擇LED光源類型，提出了怎么樣根據物體外形和顏色來選擇LED光源的發光顏色、發出光線類型、控制類型等參數，使相機采集高清楚、高質量的圖像，而且采集的圖像能真實地反映出所要檢測的項目的特點，并在圖像的灰度中反映出來，進行分析檢測。