當(dāng)工程師開始搭建新的機(jī)器視覺系統(tǒng)時(shí)，他們通常會非常仔細(xì)地考慮運(yùn)動速度、光學(xué)和圖像處理軟件。照明通常是下一個(gè)需要考慮的問題，因?yàn)楹线m的照明可以顯著減少軟件開發(fā)時(shí)間，甚至對項(xiàng)目的成功或失敗至關(guān)重要。照明的目的是在視場上投射一個(gè)均勻的照明區(qū)域，以便獲得清晰的圖像，并可以從背景中分離出所需的特征。

大多數(shù)機(jī)器視覺系統(tǒng)的光源常使用以下三種驅(qū)動：恒壓驅(qū)動、帶脈寬調(diào)制(PWM)的電壓驅(qū)動或恒流驅(qū)動。最早的光源照明控制器是電壓驅(qū)動，這種技術(shù)在普通的應(yīng)用中是足夠的。然而，用電壓驅(qū)動光源會有顯著的缺點(diǎn)：光源的電源電壓是恒定的，需要通過電流來決定所獲得的亮度，而不是電壓。由于光源在使用過程中溫度會發(fā)生變化，相同的電壓也會產(chǎn)生不同的亮度。

圖1展示了典型光源的照度和正向電流之間的線性關(guān)系。它表明正向電流和電壓之間的關(guān)系是非常非線性的，電源電壓的一個(gè)微小變化就會引起電流的大變化，從而造成亮度的大變化。這種效應(yīng)意味著電壓驅(qū)動不能在照明強(qiáng)度上實(shí)現(xiàn)精確和準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)。電壓驅(qū)動器也容易受到系統(tǒng)供電電壓的小波動，這可能導(dǎo)致照明水平發(fā)生顯著變化。

盡管有電壓驅(qū)動的局限性，一些照明控制器利用這種類型的電源來節(jié)省成本。由于電壓驅(qū)動不能直接控制照明亮度，因此可以采用脈寬調(diào)制(PWM)代替。PWM在每次曝光時(shí)開關(guān)幾次，以獲得平均亮度。PWM脈沖由內(nèi)部時(shí)鐘控制，為了獲得對亮度的精確控制，需要一個(gè)更快的內(nèi)部時(shí)鐘。時(shí)鐘限制了PWM可以提供的照明級別的數(shù)量。一個(gè)典型的電壓驅(qū)動照明控制器提供100個(gè)強(qiáng)度級別，而一個(gè)典型的電流驅(qū)動照明控制器通常提供幾千個(gè)強(qiáng)度級別和更好的控制水平。

恒流照明控制器的設(shè)計(jì)通過可控的電流直接控制照明強(qiáng)度。恒流驅(qū)動可能是LED照明控制中最精確和可靠的選擇，因?yàn)檎彰鲝?qiáng)度與電流成正比，而電流驅(qū)動不受電源變化的影響。恒流控制器在高速系統(tǒng)和需要脈沖光的地方也有顯著的好處。

高速照明控制

照明控制的一個(gè)重要挑戰(zhàn)是為每次曝光創(chuàng)建可重復(fù)的照明強(qiáng)度。這得益于精確的方形脈沖，具有穩(wěn)定的上升沿和下降沿。尖銳的脈沖邊緣很難通過電壓驅(qū)動實(shí)現(xiàn)，特別是當(dāng)照明控制器和燈之間的電纜很長時(shí)。可能會導(dǎo)致亮度隨時(shí)間和曝光的不同而變化。恒流照明控制器能夠利用更高的電壓水平，快速建立準(zhǔn)確的照明，而不會造成EMC干擾。這使得恒流驅(qū)動比電壓驅(qū)動快10倍。

在PWM系統(tǒng)中，照明強(qiáng)度的準(zhǔn)確性依賴于每次曝光有大量的電壓脈沖。高速的照明系統(tǒng)可能只有幾微秒的曝光時(shí)間，每次曝光只會出現(xiàn)幾個(gè)PWM脈沖。在這種高速照明系統(tǒng)中，PWM周期的不同會對照明強(qiáng)度產(chǎn)生可測量的影響。如圖2所示，相機(jī)曝光和PWM脈沖的時(shí)鐘導(dǎo)致相機(jī)第一次曝光比第二次曝光接收到超過30%的光。一個(gè)更快的內(nèi)部PWM時(shí)鐘可以減少這種影響，但這些高速電壓脈沖會導(dǎo)致鄰近系統(tǒng)的EMC干擾。更先進(jìn)的PWM系統(tǒng)可能提供同步PWM周期與相機(jī)快門的能力，但這可能很難實(shí)現(xiàn)，特別是滾動快門相機(jī)系統(tǒng)。

頻閃的優(yōu)勢

現(xiàn)階段光源照明的一個(gè)重要好處是，光源可以產(chǎn)生比設(shè)備制造商指定的最大亮度更高的照明。這是通過一種被稱為頻閃的技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，即經(jīng)過光源的一個(gè)短暫但高的電流來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)二極管內(nèi)部的散熱處理得當(dāng)時(shí)，頻閃不會損壞LED，因此它永遠(yuǎn)不會超過安全水平，這是通過基于LED燈的額定功率、通過光源的電流和占空比的精確計(jì)算完成的。為光源提供24V電壓的基于電壓的照明控制器不能創(chuàng)造一個(gè)可控的頻閃水平，而那些提供雙電壓的照明控制器則會在兩個(gè)電壓水平之間出現(xiàn)不可預(yù)測的亮度不連續(xù)性。只有恒流控制器才能安全、準(zhǔn)確地控制頻閃。

【來源：光虎光學(xué)內(nèi)部培訓(xùn)資料】

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