一、機(jī)器視覺(jué)光源照明技術(shù)的幾個(gè)要素 1、方向:選擇不同的光源,控制和調(diào)節(jié)照射到物體上的入射光的方向是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最基本的參數(shù)。它取決于光源的類(lèi)型和相對(duì)于物體放置的位置。 1)直射光:入射光基本上來(lái)自一個(gè)方向,射角小,它能投射出物體陰影; 2)散射光:入射光來(lái)自多個(gè)方向,甚至于所有的方向,它不會(huì)投射出明顯的陰影。 2、光譜:光是由單一的或多種成份的光譜組成的,例如日光的光譜就是由從紅外到紫外的所有光譜組成的,人眼能感覺(jué)的光譜范圍在380nm至780nm之間,即從紅色780nm到紫色380nm。光的顏色,取決于光源所產(chǎn)生的光的類(lèi)型,以及覆蓋在光源或攝像機(jī)鏡頭上的光學(xué)濾色鏡。 3、偏振性:(Polarization)又稱(chēng)極化光,是光波的一種特性,光在傳播時(shí)和電磁波一樣是震蕩的,一般的光波的震蕩方向是不定的,而極化光的震蕩方向處在一個(gè)確定的平面上,例如線性極化光的振蕩軸與傳播方向垂直。光波的這種定向性,在鏡面式的反射光中保留了這種偏振性,而漫散式的反射光則丟失了。這樣就可以使用光線的偏振性使鏡面眩光掠過(guò)攝像機(jī)鏡頭,來(lái)消除鏡面反射光的影響。 強(qiáng)度:光照的強(qiáng)度會(huì)影響攝像機(jī)的曝光,光線不足則意味著低對(duì)比度,就要加大放大倍數(shù),就可能同時(shí)將噪音放大,也可能會(huì)使鏡頭的光圈加大,但景深減小了,增加了散熱的可能?反過(guò)來(lái),強(qiáng)度過(guò)大會(huì)浪費(fèi)能量,并帶來(lái)散熱的問(wèn)題。 均勻性:在所有的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用中,都會(huì)要求均勻的光照,因?yàn)樗械墓庠措S著距離的增加和照射角的偏離,其照射強(qiáng)度減小,所以在對(duì)大面積物體照明時(shí),會(huì)帶來(lái)較大的問(wèn)題,有時(shí)只能做到視場(chǎng)的中心位置保持均勻。 二、影響機(jī)器視覺(jué)照明的幾個(gè)特性 1、反射特性:從物體反射入射光的性能,有二種很不同的反射特性。 1)、鏡面式反射:光線的反射角等于入射角。鏡面式反射有時(shí)用途很大,有時(shí)又可能產(chǎn)生*的眩耀。在大多數(shù)情況應(yīng)避免鏡面反射。 2)、漫散:照射到物體上的光從各個(gè)方向漫散出去。在大多數(shù)實(shí)際情況下,漫散光在某個(gè)角度范圍內(nèi)形成,并取決于入射光的角度。 2、顏色:人眼或攝像機(jī)觀察到的顏色可能是由三種不同的方式形成的: 直接從照射光的波長(zhǎng)來(lái)區(qū)分顏色。例如在580nm附近波長(zhǎng)的光為綠色,利用此波長(zhǎng)光照射綠色物體,從而特出物體和背景差異; 1)、相加色:二種或三種波長(zhǎng)的光組合成某種波長(zhǎng)光的效果,例如黃色光(波長(zhǎng)為620nm)和藍(lán)色光(波長(zhǎng)為480nm)混合,出現(xiàn)綠色光的效果,但實(shí)際上在光譜的綠色部分并沒(méi)有這一光譜段的能量。利用光的這一特性,發(fā)明了彩色電視,電視監(jiān)視器中由紅、綠、藍(lán)三基色可基本上合成自然界的各種顏色。 2)、相減色:反射時(shí),從光譜中去除某些波長(zhǎng)的光。含有所有可見(jiàn)光譜的白光,照射到紅色物體后,紅色光譜被反射,而其它成份被物體吸收了。例如白的金屬如鋼,黃色金屬如金。它們之間的顏色的差別是因?yàn)殇撦^均勻地反射所有光譜的光,而金反射了白光,但從中減去了藍(lán)光,就會(huì)出現(xiàn)黃顏色的效果。 3、光學(xué)密度:不同物質(zhì)、不同厚度或不同化學(xué)特性的物體,在光線穿過(guò)它們時(shí),穿透率是不同的。這種差異可能在整個(gè)光譜范圍內(nèi)存在,也可能只存在于光譜的某些點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō),背光是檢測(cè)光學(xué)密度差異的辦法。 4、折射:不同的透明物質(zhì),具有不同的折散率。它們用不同方向傳送入射光。例如空氣和玻璃的折射率不同,當(dāng)定向光以某個(gè)方向照射時(shí),在玻璃中的氣泡使光線彎曲,以致于產(chǎn)生黑的或亮的氣泡輪廓。 5、紋理:物體表面的紋理在圖像處理時(shí)可能是有用的;也可能紋理太細(xì)了,以致無(wú)法分辨,但它又會(huì)影響到光的反射。有時(shí)紋理是重要的,應(yīng)該用光照來(lái)加強(qiáng),而有時(shí)紋理又是不需要的,它會(huì)引起噪音的效果,應(yīng)該用光照來(lái)減弱紋理的影響。 6、高度:物體中不同高度的特征可以用定向光來(lái)加強(qiáng)或者用漫射光來(lái)減弱高度的影響。 7、表面方向:物體表面不同部位的相對(duì)方向的差異可以用定向光來(lái)加強(qiáng),也可用漫散光來(lái)減弱。 二、影響機(jī)器視覺(jué)照明的幾個(gè)特性 常用的機(jī)器視覺(jué)照明技術(shù) | 1. 直接照明光 直接射向物體,得到清晰的圖像。當(dāng)我們需要得到高對(duì)比度物體圖像的時(shí)候,這種類(lèi)型的光很有效。但是當(dāng)我們用它照在光亮或者反射的材料上時(shí),會(huì)引起像鏡面的反光。 |  | 2. 背光照明 從物體背面射過(guò)來(lái)均勻視場(chǎng)的光。通過(guò)相機(jī)可以看到物體的側(cè)面輪廓。背光照明常用于測(cè)量物體的尺寸和標(biāo)定物體的方向。 |  | 3. 暗視場(chǎng) 光按一個(gè)角度投射到物體表面,結(jié)果是傾斜的散光進(jìn)入到相機(jī),在一個(gè)暗的背景或視場(chǎng)上創(chuàng)造了明亮的點(diǎn)。用這種照射方法,如果物體表面沒(méi)有色差的話,通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)什么也看不到。 |  | 4. 散射照明 反射照明,光射到粗糙的遮蓋物上,產(chǎn)生無(wú)方向、柔和的光,這種光高反射物體。因這種照明效果,我們將這種光比作在陰天里平和,無(wú)方向的光。 |  | 5. 同軸照明 同軸光的形成--通過(guò)垂直墻壁出來(lái)的變化發(fā)散光,射到一個(gè)使光向下的分光鏡上,相機(jī)從上面通過(guò)分光鏡看物體。這種類(lèi)型的光源對(duì)檢測(cè)高反射的物體特別有幫助,還適合受周?chē)h(huán)境產(chǎn)生的陰影影響的物體 |  | 6. 低角度暗視場(chǎng) 近似標(biāo)準(zhǔn)的45°C暗視場(chǎng),但通常與被測(cè)物體表面成0°C—30°C的夾角,低角度暗視場(chǎng)光源對(duì)表面細(xì)節(jié)或邊緣效應(yīng)的最細(xì)小變化很有效果。 |  | | 機(jī)器視覺(jué)圖像處理選擇照明光源的三個(gè)步驟 一、確定照明類(lèi)型(鏡面反射/漫反射/透射光) 確認(rèn)檢驗(yàn)特征(瑕疵、形狀、存在/不存在等),檢查表面是否平整、翹曲或不平。 LED照明大體可分為以下三種類(lèi)型:見(jiàn)(圖一) 1、鏡面反射型:光線照射到目標(biāo)上,鏡頭接收到直接反射的光線 2、漫反射型:光線照射到目標(biāo)上,鏡頭接收到均勻的環(huán)境光線 3、透射光型:光線照射到目標(biāo)上,鏡頭接收到透射剪影。 |  | 二、確定照明裝置的形狀與大小 根據(jù)檢查目標(biāo)的尺寸與安裝條件選擇照明的方法與形狀,請(qǐng)參考AFTvision光源的詳細(xì)資料 1、環(huán)形照明 2、低角度環(huán)形照明 3、背光照明 4、條形照明 5、碗狀照明 6、同軸照明 7、光纖冷光源 | | 三、確定照明的顏色和波長(zhǎng) 1、根據(jù)檢查目標(biāo)與背景的材質(zhì)和顏色。如:紅、白、藍(lán)。 根據(jù)目標(biāo)與背景來(lái)確定照明的顏色。 1)、使用互補(bǔ)色進(jìn)行檢測(cè):見(jiàn)(圖三) 什么是互補(bǔ)色? 互補(bǔ)色是色環(huán)中正好相對(duì)的顏色。使用互補(bǔ)色光線照射物體時(shí),物體呈現(xiàn)的顏色將接近黑色。我們根據(jù)色彩圓盤(pán),用相反的顏色照射,可以達(dá)到別的對(duì)比度。如,用冷色光照射暖色光的物體,顏色會(huì)變暗;用冷色光照射冷色光的物體,顏色則會(huì)變亮 使用彩色照相機(jī)時(shí),通常選擇白色。使用單色照相機(jī)時(shí),需要具備以下知識(shí)。 2)、根據(jù)使用波長(zhǎng)進(jìn)行檢測(cè):見(jiàn)(圖四) 使用紅色照明獲得的對(duì)比度高于使用藍(lán)色照明,因?yàn)榍罢咄高^(guò)性更好(散射率更低)。不同波長(zhǎng)的光線呈現(xiàn)不同的顏色。波長(zhǎng)決定特定顏色的特征,如容易透射(紅光—波長(zhǎng)較長(zhǎng))、容易散射(藍(lán)光—波長(zhǎng)較短)。 |  | |