機器視覺光源的標定工具——標準白板的分類和應用

機器視覺光源大部分都是安裝在工廠的生產流水線設備上連續工作的，經過長時間工作后，光源的發光強度會逐步衰減，對于部分應用而言，一定的衰減不會影響機器視覺的判定結果，但對于部分設備，如AOI（自動光學檢測設備），光強的衰減直接影響到機器檢測性能的穩定性和重復性，因此，需要定期對光源進行標定，以補償其衰減。光源標定就是采用白板。

標準白板是色度標準計量器具，由色度國家基準溯源于理想的完全反射漫射體，賦值為絕對光譜反射比。根據使用要求和技術條件，標準白板可分為以下三大類：

1．傳遞標準白板

傳遞標準白板用于“傳遞”反射比量值，比如上級計量部門向下級計量部門、高一級儀器向低一級儀器的量值傳遞或同級儀器之間的量值比對。傳遞標準白板的反射比值應與儀器的幾何條件無關。因此，它要求：

（1）高反射比。要求反射比值盡可能高，如高于0.97。

（2）漫射性能好。表面無光澤，接近朗伯漫射體。

（3）光譜選擇性小。即中性好，對各波長都有同樣的高光譜反射比。

（4）具有不透光性，以避免背景和邊緣損耗。

（5）平整性和均勻性好。整個表面平整，各點的反射比相同。

（6）足夠好的光學穩定性。

（7）量值溯源于PRD，其反射比值為已知。

符合上述技術要求，可以用作傳遞標準白板的材料有硫酸鋇（BaSO4）、氧化鎂（MgO）和聚四氟乙烯（Halon海倫）等。這些材料在常態下為白色粉體，用特制的壓樣器壓制成板塊狀，工作面為近似朗伯體的漫射表面。由于白板是用粉體材料壓制而成，其機械強度不高，易破碎污染，使用時必須格外小心。并且使用壽命不長，只適用于量值傳遞，一般不用作隨儀器配備的工作標準。我國目前已建立的色度基準的照明和觀測條件為：光源在樣品表面垂直方向照明，經積分球漫射接收。這種條件用符號0/d表示。表1中用符號D65/10o表示色度值，它的計算采用D65照明體的光譜功率分布和10o現場三色函數。

2．工作標準白板

工作標準白板是指某臺儀器專用的，作為常校準儀器用的標準，又稱儀器工作標準白板。這種白板可能帶有方向性或其他性質，它所賦于的標準值只對該臺儀器有效，而不適合于別的儀器。由于經常使用和現場測量環境等因素影響，對工作標準白板除了要求反射比高，中性好，不遠光，表面平整均勻，漫射性盡量好等外，更重要的是必須具備：

（1）光學穩定性好，長期重復使用其量值不變。

（2）具有耐磨、抗展特性，在頻繁的日常使用中不致損壞工作表面。

（3）便于清潔，在應用中表面積塵或污染后可用極簡便的方法清潔。

滿足上述技術條件，常用作工作標準白扳的材料有：釉面陶瓷白扳、拋光乳白玻璃及鐵基搪瓷白扳等，它們具有耐久性、高強度及易清潔的特點，經過某一特定條件的儀器標定反射比和色度值后就可用作儀器標準白板。

3．參比標準白板

參比標準白板固定于雙光路測色儀的參比光束窗口處，其反射比量值不必知道，但要求反射比高、漫射性好、光譜選擇性小等特點。主要用于儀器校準基線，以及在測量中消除諸如光源和探測器靈敏度不穩定性，或光路不對稱性等因素帶來的系統誤差。BaSO4、Halon及MgO等壓制成的漫射白板，可滿足參比標準白板的技術要求。

對于各類標準白板，很難全部滿足技術要求，通常只能根據用途的必要性選定其應滿足的特性。需強調的是，由于材料和工藝條件等的差異，標準白板不可能完全相同，因此必須逐塊檢測才能保證量值的準確可靠。

機器視覺光源標定時采用的是第2類白板（工作標準白板）。