機(jī)器視覺光源選型

1、光源選型 背景：機(jī)器視覺光源是構(gòu)建機(jī)器視覺系統(tǒng)首要考慮的因素， 一個(gè)適宜的視覺光源能夠?qū)φ麄€(gè) 機(jī)器視覺檢測工程起到事半功倍的作用。目的： 為了使視覺檢測過程變得更加的方便， 效果更加的明顯，效率更加的高，才有了光源 的選型。光源的根本要素： 比照度：比照度對(duì)機(jī)器視覺來說非常重要。 機(jī)器視覺應(yīng)用的照明的最重要的任務(wù) 就是使需要被觀察的特征與需要被忽略的圖像特征之間產(chǎn)生最大的比照度， 從而 易于特征的區(qū)分。比照度定義為在特征與其周圍的區(qū)域之間有足夠的灰度量區(qū) 別。好的照明應(yīng)該能夠保證需要檢測的特征突出于其他背景。亮度：中選擇兩種光源的時(shí)候， 最正確的選擇是選擇更亮的那個(gè)。 當(dāng)光源不 夠亮?xí)r，可能有

2、三種不好的情況會(huì)出現(xiàn)。第一，相機(jī)的信噪比不夠 ; 由于光源的 亮度不夠， 圖像的比照度必然不夠， 在圖像上出現(xiàn)噪聲的可能性也隨即增大。 其 次，光源的亮度不夠，必然要加大光圈，從而減小了景深。另外，當(dāng)光源的亮度 不夠的時(shí)候，自然光等隨機(jī)光對(duì)系統(tǒng)的影響會(huì)最大。魯棒性：另一個(gè)測試好光源的方法是看光源是否對(duì)部件的位置敏感度最小。 當(dāng)光源放置在攝像頭視野的不同區(qū)域或不同角度時(shí)，結(jié)果圖像應(yīng)該不會(huì)隨之變 化。方向性很強(qiáng)的光源， 增大了對(duì)高亮區(qū)域的鏡面反射發(fā)生的可能性， 這不利于 后面的特征提取。 在很多情況下， 好的光源需要在實(shí)際工作中與其在實(shí)驗(yàn)室中的 有相同的效果。 好的光源需要能夠使你需要尋找的特征非

3、常明顯， 除了是攝像頭 能夠拍攝到部件外， 好的光源應(yīng)該能夠產(chǎn)生最大的比照度、 亮度足夠且對(duì)部件的 位置變化不敏感。光源選擇好了，剩下來的工作就容易多了 ! 機(jī)器視覺應(yīng)用關(guān)心 的是反射光 除非使用背光 。物體外表的幾何形狀、 光澤及顏色決定了光在物體 外表如何反射。機(jī)器視覺應(yīng)用的光源控制的訣竅歸結(jié)到一點(diǎn)就是如何控制光源反 射。如何能夠控制好光源的反射，那么獲得的圖像就可以控制了。因此，在機(jī)器 視覺應(yīng)用中， 當(dāng)光源入射到給定物體外表的時(shí)候， 明白光源最重要的方面就是要 控制好光源及其反映。光源可預(yù)測： 當(dāng)光源入射到物體外表的時(shí)候， 光源的反映是可以預(yù)測的。 光 源可能被吸收或被反射。 光可能被完

4、全吸收 黑金屬材料，外表難以照亮 或者被 局部吸收 造成了顏色的變化及亮度的不同 。不被吸收的光就會(huì)被反射， 入射光 的角度等于反射光的角度， 這個(gè)科學(xué)的定律大大簡化了機(jī)器視覺光源， 因?yàn)槔硐?的想定的效果可以通過控制光源而實(shí)現(xiàn)。物體外表：如果光源按照可預(yù)測的方式傳播， 那么又是什么原因使機(jī)器視覺 的光源設(shè)計(jì)如此的棘手呢 ?使機(jī)器視覺照明復(fù)雜化的是物體外表的變化造成的。 如果所有物體外表是相同的， 在解決實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候就沒有必要采用不同的光源 技術(shù)了。但由于物體外表的不同， 因此需要觀察視野中的物體外表， 并分析光源 入射的反映。控制反射：本文前面提到了，如果反射光可以控制，圖像就可以控制了。

5、這 點(diǎn)再怎么強(qiáng)度也不為過。 因此在涉及機(jī)器視覺應(yīng)用的光源設(shè)計(jì)時(shí)， 最重要的原那么 就是控制好哪里的光源反射到透鏡及反射的程度。 機(jī)器視覺的光源設(shè)計(jì)就是對(duì)反 射的研究。在視覺應(yīng)用中， 當(dāng)觀測一個(gè)物體以決定需要什么樣的光源的時(shí)候， 首 先需要問自己這樣的問題：“我如何才能讓物體顯現(xiàn) ?“我如何才能應(yīng)用光源 使必須的光反射到鏡頭中以獲得物體外表 ? 影響反射效果的因素有： 光源的位 置，物體外表的紋理，物體外表的幾何形狀及光源的均勻性。 光源的位置：既 然光源按照入射角反射， 因此光源的位置對(duì)獲取高比照度的圖像很重要。 光源的 目標(biāo)是要到達(dá)使感興趣的特征與其周圍的背景對(duì)光源的反射不同。 預(yù)測光源如何

6、 在物體外表反射就可以決定出光源的位置。外表紋理：物體外表可能高度反射 鏡面反射或者高度漫反射。 決定物體是 鏡面反射還是漫反射的主要因素是物體外表的光滑度。 一個(gè)漫反射的外表， 如一 張不光滑的紙張， 有著復(fù)雜的外表角度， 用顯微鏡觀看的時(shí)候顯得很明亮， 這是 由于物體外表角度的變化而造成了光源照射到物體外表而被分散開了。 而一張光 滑的的紙張有光滑的外表而減小了物體外表的角度。 光源照射到光源的外表并按 照入射角反射。外表形狀： 一個(gè)球形外表反射光源的方式與平面物體不近相同。 物體外表的 形狀越復(fù)雜， 其外表的光源變化也隨之而復(fù)雜。 對(duì)應(yīng)一個(gè)拋光的鏡面外表， 光源 需要在不同的角度照射。

7、從不同角度照射可以減小光影。 光源均勻性： 不均勻的 光會(huì)造成不均勻的反射。均勻關(guān)系到三個(gè)方面。第一，對(duì)于視野，在攝像頭視野 范圍局部應(yīng)該是均勻的。 簡單的說， 圖像中暗的區(qū)域就是缺少反射光， 而亮點(diǎn)就 是此處反射太強(qiáng)了。 不均勻的光會(huì)使視野范圍內(nèi)局部區(qū)域的光比其他區(qū)域多。 從 而造成物體外表反射不均勻 假設(shè)物體外表的對(duì)光的反射是相同的 。均勻的光源會(huì)補(bǔ)償物體外表的角度變化， 即使物體外表的幾何形狀不同， 光 源在各局部的反射也是均勻的。 光源技術(shù)的應(yīng)用：光源技術(shù)是設(shè)計(jì)光源的幾何及位置以使圖像有比照度。光源會(huì)使那些感興趣的并需要機(jī)器視覺分析的區(qū)域更 加突出。通過選擇光源技術(shù)，應(yīng)該關(guān)心物體使如何

8、被照明及光源是如何反射及散 射的。光源的種類：1. 環(huán)形光源:應(yīng)用領(lǐng)域:2. 環(huán)形光源:應(yīng)用領(lǐng)域:4.背光源:應(yīng)用領(lǐng)域:5.無影光源6. 點(diǎn)光源應(yīng)用領(lǐng)域:光源的選擇要素：談?wù)劰庠催x擇的幾個(gè)要素：機(jī)器視覺光源的角度低角度光源主要應(yīng)用于暗視場檢測，也就是被測物體外表大局部反光都不進(jìn)攝像頭，故背景 呈黑色，只有物體上下不平之處的反光進(jìn)入攝像頭，比方金屬外表劃痕的檢測， 背景呈黑色，劃痕呈白色高角度光源主要應(yīng)用于明視野照明，也就是被測物體外表大局部反光都能進(jìn)攝像頭，故背景呈白色，比方物體外表突出特征的檢測漫反射角度光源主要是應(yīng)用于外表形狀不規(guī)那么或發(fā)光外表的檢測，它會(huì)補(bǔ)償物體外表的角度變化,獲得更均勻

9、的圖像低角度光源選擇范圍有：低角度環(huán)形光源，零角度環(huán)形光源，條形光源，組合條形光源，方形光 源高角度代表性光源有：高角度環(huán)形光源，90度環(huán)形光源，條形光源，同軸光源，組合條形光源 等漫反射代表性光源有：環(huán)形無影光源，圓頂無影光源，平面無影光源等機(jī)器視覺光源根據(jù)照射方向 ，可分為前向光照明，背向光照明，結(jié)構(gòu)光照明，正向光照明是光 源和相機(jī)位于被測物體的同一側(cè)，其優(yōu)點(diǎn)是便于安裝，主要是表達(dá)物體的外表細(xì)節(jié)特征 ，背向光照明是將被測零件放在光源和相機(jī)之間，主要是表達(dá)物體的輪廓邊緣信息，其優(yōu)點(diǎn)是可以獲得高比照度的圖像，結(jié)構(gòu)光照明是將光柵或結(jié)構(gòu)光源投射到被測物上，根據(jù)結(jié)構(gòu)光路，確 定出三維信息。前向光光源

10、選擇范圍有：環(huán)形光源，無影光源，條形光源，同軸光源大部份光源都是前向光照明背向光照明光源：背光源，平行背光源，同軸光源，條形光源，高亮平行光源結(jié)構(gòu)光照明：AOI光源3.選擇光源的顏色-波長越長，穿透力越強(qiáng)；波長越短，擴(kuò)散性越好。LED機(jī)器視覺光源中，紅色用得最多，因?yàn)榧t色LED本錢低，并且黑白CCD芯片對(duì)660nm光線 最敏感。藍(lán)色適合檢測物體外表質(zhì)量，因?yàn)椴ㄩL短。當(dāng)然，紫外的散射性更好，因?yàn)椴ㄩL更 短。而白色是中性顏色，適合拍彩色圖片，或著被測物體的顏色在變化的。綠色的亮度很高，且波長和藍(lán)色接近，所以有時(shí)可用綠色代替藍(lán)色。紅外用于半透明等的物體檢測 . 考慮光源 顏色和背景顏色， 使用與被測

11、物同色系的光會(huì)使圖像變亮 如：紅光使紅色物體更亮 ；使用 與被測物相反色系的光會(huì)使圖像變暗 如：紅光使藍(lán)色物體更暗 。富愛其可定制特定波長光源 : 如紫外光源 , 紅外光源 , 中遠(yuǎn)紅外光源等除了安裝空間的限制 ,被檢測物即視場的大小是選擇光源尺寸的首要因素, 一般考慮到整個(gè)視場的均勻性及在線檢測的偏移量 , 光源能夠均勻照射的范圍要比被檢測物視場大 1/3 左右 富愛其可定制大尺寸機(jī)器視覺光源 ,如超長條形光源 , 大面積背光源 ,同軸光源等 當(dāng)光源不夠亮?xí)r，可能有三種不好的情況會(huì)出現(xiàn)。 第一， 相機(jī)的信噪比不夠；由于光源的亮 度不夠，圖像的比照度必然不夠，在圖像上出現(xiàn)噪聲的可能性也隨即增大。 其次， 光源的亮 度不夠，必然要加大光圈，從而減小了景深。