光学检测方法「知识科普一分钟读懂光学检测技术」

随着光学传感器成像技术的发展，根据光的物理特性衍生出多种光学检测技术，包括

一、角度分辨检测技术

表面散射模型的光线散射区域分为4个部分，分别为漫反射光瓣、镜面反射光瓣、镜面反射峰以及由表面微观纹理造成的菊花瓣。

表面散射模型

由表面散射模型可知，相机的拍摄角度影响物体表面的微观纹理特征在图像中的表现，在不同的位置搭配光源和相机能够得到不同的成像特征。

典型照明方式

明场照明光线经工件表面反射进入传感器，相应的像素灰度值高，当工件表面存在缺陷时，光线反射角度发生偏转使光线偏离传感器，相应的像素灰度值低；针对不同尺度的表面缺陷又衍生出暗场及低角度暗场照明方式。背光照明根据工件的不透光性，能够清晰的呈现工件的轮廓特征。漫反射照明可消除阴影，并利用不同颜色表面对光的吸收性不同，能够清晰的呈现曲面表面特殊颜色印刷的符号。同轴明场也是明场照明方式，但增加了偏振片限制了传感器光线的接受，用于抑制其他角度的光线。

特殊照明方式

二、色彩分辨检测技术

物体的颜色与成像颜色并不是—对应的关系，这是由光的反射决定的。正如人肉眼看到的颜色是因为物体反射了该颜色一样，即物体对光的反射具有选择性，这种选择性根据光源色彩不同而不同。根据这种性质，人们制作了色温与色盘。色彩分辨检测技术根据冷暖色调反差不同或根据带颜色物体对光的选择吸收性及反射特性进行打光，根据冷暖色调进行光源选择可增加图像对比度。此外，对于黑白相机成像，也存在灰度关系，光源与物体颜色不同时图像的灰度不同。

色温与色盘

照明色彩、物体特征颜色和成像效果

三、光谱分辨检测技术

物体在达到绝对温度0K以上时都会产生红外辐射，根据温度与红外辐射光谱关系，物体表面温度越高，红外辐射的能量就越大，这种现象在可见光范围内差异不明显，但在红外波段区别非常显著。红外成像的清晰度主要由物体的材质决定，对物体表面颜色并不敏感。此外，红外光波长较长，对塑料薄膜、板材均具有良好的穿透性，元器件外面附有一层透明薄膜，红外光比可见光成像对比度高。

可见光拍摄

红外光拍摄

由红外光的发射源不同，红外成像可分为热红外成像及非热红外成像。热红外成像根据物体自身辐射进行成像，图像质量受物体温度的影响，而非热红外成像需要外部照明，利用红外反射进行成像，但易受环境辐射的影响。在食品、药品等分选上红外成像比可见光成像要清晰许多

四、偏振分辨检测技术

光是一种电磁波，即光在一定的方向规律振动，具有偏振性。但光源发出的光束由大量不同方向的光波组成，没有方向性。偏振分辨检测技术使用物理方法对光波进行过滤，使具有特定方向的光波通过，便形成偏振光。在表面检测中，偏振光具有提高图像清晰度、消除强反光等作用。在金属、玻璃等具有强反射特性的物体表面，光照在特定角度产生强烈的眩光现象，无法得到清晰的图像细节部分，利用偏振技术，则可过滤这些杂光的影响，突出图像细节部分。

反射表面眩光

偏振片消除眩光

五、纹影分辨检测技术

纹影分辨检测技术包括纹影成像与阴影成像两种。纹影成像利用透明材质内部粒子密度与折射率的关系，通过计算光的折射角得到透明材质内部信息。纹影成像是最早用于流体动力学研究的可视化工具，常用于烟雾检测、透明基材缺陷检测，在气体介质的观测上也有广泛的应用，火焰周围纹影成像效果。阴影成像则直接对透明介质进行光束照射，能够呈现特征均匀变化的材料的轮廓细节，但易受光源尺寸影响，光源过大时会使图像模糊，光源过小时会产生衍射现象。

火焰周围纹影成像

六、干涉分辨检测技术

干涉分辨检测技术以光源波长作为基准，可以捕捉到细微的表观纹理变化。在自动光学检测中，干涉分辨检测技术包括数字全息成像技术、微分干涉差技术等。全息干涉成像包括两个过程：首先进行参考干涉图的生成，用相干光照射标准模板，模板反射光与分光镜分离的光在底片上交汇，记录此时的图案作为参考干涉图；接着对待测物进行照射，形成干涉图，通过测量比较与参考干涉图纸之间的差异，可以得到亚波长精度的表面纹理图案。干涉分辨检测技术在小视场、高精度尺寸测量方面有许多应用。

全息干涉成像原理