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视觉技术

同轴光源-60-W均匀性测试

文章来源:石鑫华视觉网时间:2022-09-21 10:44:50 点击:295

同轴光源-60-W均匀性测试

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同轴光源-60-W

本次机器视觉光源均匀性测试对象为石鑫华视觉网出品的同轴光源-60-W。测试环境如下图所示：

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同轴光源-60-W均匀性测试环境

测试相关的硬件平台：

工业相机：AVT GuppyPro F-125B，130万像素1394B接口，CCD图像传感器。

工业镜头：Computar M2514-MP2，百万像素分辨率，C接口，25mm焦距，最大光圈1.4。

机器视觉光源：同轴光源-60-W，白色面光源，24V直流。

光源控制器：模拟控制器-2420-1CH，24V模拟控制器。

白平衡板：18度灰度板（128级灰度板）

镜头工作距离：260mm

视野：40×30mm

光源工作距离：5mm、10mm、20mm、30mm、40mm、65mm

光学接圈：0mm

光圈：约F4

相机快门：200（相对值，实际约0.4ms）

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同轴光源-60-W均匀性测试的视野FOV

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18度灰度板（128级灰度板）

 

光源均匀性测试软件使用的由东莞华视自动化科技有限公司-石鑫华视觉网开发的光源均匀性测试程序。

 

光源均匀性测试软件中包含的测量数据有总区的平均强度与标准偏差（即所画的ROI区域中的平均灰度值与标准差，需要测量的区域由手动画出ROI兴趣区域），九宫格模式的分区测量平均强度与标准偏差（分区默认为距离画的ROI区域20像素，宽100像素，高100像素的正方形区域，共有左上、中上、右上、左中、中中、右中、左下、中下、右下等9个区域，分区的大小可以由“分区宽”、“分区高”来控制，距离ROI边框的位置可由分区偏移量来控制），十字线的测量（即ROI区域的水平中线和垂直中线）。

 

测试软件中有两幅图像，左边一幅为原始图像并在此图像上进行了分析。右边一幅图像是左边图像的彩虹模式，这样可以更直观的表现出均匀性。下面的图是256级灰度图对应的彩虹模式图像。黑色的0对应蓝色（冷），白色的255对应红色（暖）。

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256级灰度图对应的彩虹模式彩色图像

 

测试时选择了64、128、192、240等四个比较有代表性的图像灰度值进行测试，即总区的平均强度为64、128、192、240等几个值时的测试。没有测量平均值为0和255左右的值，因为值为0时完全是黑的没意义；而全为255时则都饱和了也没有意义。

 

下面来看同轴光源-60-B的测试数据。因为同轴光是正向照明的，其均匀性与光源的工作距离有较大的关系，一般的光源随着光源的工作距离增大时，其均匀性通常都会变好，但是其照明强度也会变小。就如房间里放一个灯泡其均匀性可能不太好，但是太阳光我们都认为其是平行光源，均匀性好，就是太阳离我们远，均匀性自然也就更好。亮度的话，与发光体本身有关，在这里就不做多的解释了。

5mm工作距离时

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同轴光源-60-W整体灰度值为64左右时的均匀性测试

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同轴光源-60-W整体灰度值为128左右时的均匀性测试

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同轴光源-60-W整体灰度值为192左右时的均匀性测试

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同轴光源-60-W整体灰度值为240左右时的均匀性测试

注：以上数据灰度值的增加是利用光源控制器来控制的，没有改变镜头的光圈，也没有改变相机的快门速度与增益。

总区灰度

九区平均值

九区标准差

九区方差

九区最大值

九区最小值

最大值-最小值

最小值/最大值*100%

64.57

61.08

5.11

26.1

70.48

54.79

15.7

77.73

128.41

121.48

10.03

100.7

139.9

109.11

30.78

78

193.11

182.87

14.78

218.41

210.18

164.73

45.45

78.37

239.85

228.73

16.66

277.56

254.85

206.8

48.05

81.14

从以上的数据来看，同轴光源-60-W在低照度时，方差值要小许多，表现为9个区域的灰度值更均匀。而随着照度的增大，方差也是在上升的，最大时可达到270以上。而从最小值/最大值*100%的结果来看，该光源在5mm工作距离时，可达到78%左右，对于60mm的同轴光源来讲，表现良好。从概率统计学上来讲，反应一组数据的均匀性的指标是标准差和标准方差，这两个值越小，则统计的数据越均匀。

10mm工作距离时

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同轴光源-60-W整体灰度值为64左右时的均匀性测试

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同轴光源-60-W整体灰度值为128左右时的均匀性测试

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同轴光源-60-W整体灰度值为192左右时的均匀性测试

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同轴光源-60-W整体灰度值为240左右时的均匀性测试

注：以上数据灰度值的增加是利用光源控制器来控制的，没有改变镜头的光圈，也没有改变相机的快门速度与增益。

总区灰度

九区平均值

九区标准差

九区方差

九区最大值

九区最小值

最大值-最小值

最小值/最大值*100%

63.67

59.91

5.28

27.85

70.14

54.01

16.51

77.01

128.62

120.99

10.55

111.39

141.36

109.29

32.07

77.31

192.21

181.05

15.57

242.31

211.08

163.89

47.19

77.64

240.56

227.69

17.06

291.03

254.98

207.08

47.9

81.21

从以上的数据来看，同轴光源-60-W在低照度时，方差值要小许多，表现为9个区域的灰度值更均匀。而随着照度的增大，方差也是在上升的，最高达到了291.03。而从最小值/最大值*100%的结果来看，该光源在10mm工作距离时，可达到77%左右，对于60mm直径的同轴光源来说，表现良好。从概率统计学上来讲，反应一组数据的均匀性的指标是标准差和标准方差，这两个值越小，则统计的数据越均匀。

20mm工作距离时

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同轴光源-60-W整体灰度值为64左右时的均匀性测试

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同轴光源-60-W整体灰度值为128左右时的均匀性测试

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同轴光源-60-W整体灰度值为192左右时的均匀性测试

image.png

同轴光源-60-W整体灰度值为240左右时的均匀性测试

注：以上数据灰度值的增加是利用光源控制器来控制的，没有改变镜头的光圈，也没有改变相机的快门速度与增益。

总区灰度

九区平均值

九区标准差

九区方差

九区最大值

九区最小值

最大值-最小值

最小值/最大值*100%

63.93

60.43

5.27

27.79

70.36

54.71

15.64

77.77

128.74

121.75

10.5

110.33

141.43

110.49

30.94

78.13

192.73

182.42

15.53

241.32

211.67

165.77

45.9

78.31

239.19

226.65

17.41

302.97

254.91

206.68

48.23

81.08

从以上的数据来看，同轴光源-60-W在低照度时，方差值要小许多，约为27.79，表现为9个区域的灰度值更均匀。而随着照度的增大，方差也是在上升的，最大可达302.97。而从最小值/最大值*100%的结果来看，该光源在20mm工作距离时，可达到78%左右，对于60mm的同轴光源来讲，表现良好。从概率统计学上来讲，反应一组数据的均匀性的指标是标准差和标准方差，这两个值越小，则统计的数据越均匀。

30mm工作距离时

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同轴光源-60-W整体灰度值为64左右时的均匀性测试

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同轴光源-60-W整体灰度值为128左右时的均匀性测试

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同轴光源-60-W整体灰度值为192左右时的均匀性测试

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同轴光源-60-W整体灰度值为240左右时的均匀性测试

注：以上数据灰度值的增加是利用光源控制器来控制的，没有改变镜头的光圈，也没有改变相机的快门速度与增益。

总区灰度

九区平均值

九区标准差

九区方差

九区最大值

九区最小值

最大值-最小值

最小值/最大值*100%

64.89

61.71

4.8

23.04

70.51

56.58

13.93

80.24

130.31

124.08

9.46

89.45

141.29

114.2

27.09

80.83

191.73

182.6

13.78

189.96

207.74

168.08

39.66

80.91

239.32

228.14

16.12

259.93

254.72

210.47

44.25

82.63

从以上的数据来看，同轴光源-60-W在低照度时，方差值要小许多，最小只有23.04，表现为9个区域的灰度值更均匀。而随着照度的增大，方差也是在上升的，最大可达259.93。而从最小值/最大值*100%的结果来看，该光源在30mm工作距离时，可达到80%左右，对于60mm的同轴光源来说，表现良好。从概率统计学上来讲，反应一组数据的均匀性的指标是标准差和标准方差，这两个值越小，则统计的数据越均匀。

40mm工作距离时

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同轴光源-60-W整体灰度值为64左右时的均匀性测试

image.png

同轴光源-60-W整体灰度值为128左右时的均匀性测试

image.png

同轴光源-60-W整体灰度值为192左右时的均匀性测试

image.png

同轴光源-60-W整体灰度值为240左右时的均匀性测试

注：以上数据灰度值的增加是利用光源控制器来控制的，没有改变镜头的光圈，也没有改变相机的快门速度与增益（此工作距离下的快门速度变为1500（30ms））。

总区灰度

九区平均值

九区标准差

九区方差

九区最大值

九区最小值

最大值-最小值

最小值/最大值*100%

64.02

61.5

4.19

17.6

69.12

57.64

11.48

83.39

128.19

123.27

8.23

67.68

138.07

115.67

22.4

83.78

191.48

184.16

12.16

147.8

206.05

172.9

33.15

83.91

242.32

233.05

14.01

196.38

254.81

219.49

35.32

86.14

从以上的数据来看，同轴光源-60-W在低照度时，方差值要小许多，最小只有17.6，表现为9个区域的灰度值更均匀。而随着照度的增大，方差也是在上升的，最大可达196.38。而从最小值/最大值*100%的结果来看，该光源在40mm工作距离时，可达到83%以上，对于60mm的同轴光源来讲，表现良好。从概率统计学上来讲，反应一组数据的均匀性的指标是标准差和标准方差，这两个值越小，则统计的数据越均匀。

65mm工作距离时

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同轴光源-60-W整体灰度值为64左右时的均匀性测试

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同轴光源-60-W整体灰度值为128左右时的均匀性测试

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同轴光源-60-W整体灰度值为192左右时的均匀性测试

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同轴光源-60-W整体灰度值为240左右时的均匀性测试

注：以上数据灰度值的增加是利用光源控制器来控制的，没有改变镜头的光圈，也没有改变相机的快门速度与增益（65mm工作距离时，相机快门速度变更为2000，40ms）。

总区灰度

九区平均值

九区标准差

九区方差

九区最大值

九区最小值

最大值-最小值

最小值/最大值*100%

65.42

63.64

2.91

8.46

68.6

60.86

7.75

88.71

128.83

125.29

5.75

33.04

135.06

119.89

15.17

88.17

192.03

186.91

8.3

68.95

201.03

178.99

22.04

89.04

240.26

233.81

10.38

107.81

251.07

223.86

27.22

89.16

从以上的数据来看，同轴光源-60-W在低照度时，方差值要小许多，最小只有8.46，表现为9个区域的灰度值更均匀。而随着照度的增大，方差也是在上升的，最大可达107.81，相对前面的5、10mm等工作距离两三百的方差，已经算是非常小的了。而从最小值/最大值*100%的结果来看，该光源在65mm工作距离时，可达到89%左右，对于60的同轴光源来讲，表现已经算得上优秀。从概率统计学上来讲，反应一组数据的均匀性的指标是标准差和标准方差，这两个值越小，则统计的数据越均匀。 

从以上的测试结果来看，同轴光源-60-W的工作距离建议在30mm以上，如果亮度允许，则可以保证在60mm以上，可以达到比较理想的均匀性。

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