光源的選擇
機(jī)器視覺是圖像技術(shù)、模式識別技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物,是實(shí)現(xiàn)智能化、自動化、信息化的先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域。機(jī)器視覺的發(fā)展帶動了人工智能的進(jìn)步。
機(jī)器視覺系統(tǒng)從物理結(jié)構(gòu)上來講,一般包括以下幾個(gè)部分:光源、攝像機(jī)和鏡頭、圖像采集卡、機(jī)器視覺軟件等運(yùn)動控制部分。在機(jī)器視覺系統(tǒng)中,合適的光源為視覺系統(tǒng)提供良好的外界條件,使得系統(tǒng)得到的圖像信號有很高的信噪比。
今天我們主要探討一下光源。
判斷機(jī)器視覺的照明的好壞,首先必須了解什么是光源需要做到的,光源的作用并不僅僅局限于使檢測部件能夠被攝像頭“看見”,有時(shí)候,一個(gè)完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)無法支持工作,很大一部分原因是光源造成的。
照明系統(tǒng)是機(jī)器視覺系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分之一,機(jī)器視覺光源直接影響到圖像的質(zhì)量,進(jìn)而影響到系統(tǒng)的性能。好的打光設(shè)計(jì)能夠使我們得到一幅好的圖像,從而改善整個(gè)系統(tǒng)的分辨率,簡化軟件的運(yùn)算。
影響光源的因素:
1.對比度:對比度對機(jī)器視覺來說非常重要,機(jī)器視覺應(yīng)用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)生最大的對比度,從而易于特征的區(qū)分。
2.亮度:當(dāng)選擇兩種光源的時(shí)候,最佳的選擇肯定是更亮的那個(gè)。因?yàn)楫?dāng)光源亮度不夠時(shí)就會出現(xiàn)以下三種情況:一、相機(jī)的信噪比不夠;二、圖像的對比度不夠,在圖像上出現(xiàn)噪聲的可能性也隨之增大;三、光源的亮度不夠,必然需要加大光圈,從而減少景深,并且自然光也會隨機(jī)對系統(tǒng)加大影響。
3.魯棒性:測試好光源的方法是看光源是否對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)該不會隨之變化。方向性很強(qiáng)的光源,增大了對高亮區(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)室中有相同的效果。
4.光源可預(yù)測:當(dāng)光源入射到物體表面的時(shí)候,光源的放映是可以預(yù)測的,光源可能被吸收或被放射,光可能被完全吸收(黑金屬材料,表面難以照亮)或者被部分吸收(造成了顏色的變化及亮度的不同)。不被吸收的光就會被反射,入射光的角度等于反射光的角度。
5.物體表面:如果所有物體表面是相同的,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,但由于物體表面的不同,因此需要觀察視野中的物體表面,并分析光源入射的反映。
6.光源的位置:既然光源按照入射角反射,因此光源的位置對獲取高對比度的圖像很重要,光源的目標(biāo)是要達(dá)到使感興趣的特征與其周圍的背景對光源的反射不同。預(yù)測光源如何在物體表面反射就可以決定出光源的位置。
7.選擇光源:光源應(yīng)該按照照明形狀的需要來選擇,需要有足夠的均勻度,且穩(wěn)定性能要好。
在機(jī)器視覺系統(tǒng)中,光源的作用主要體現(xiàn)在:
1.突出測量特征,簡化圖像處理算法
2.客服環(huán)境光的干擾,提高圖像信噪比
3.提高視覺系統(tǒng)的定位、測量、識別精度以及系統(tǒng)的運(yùn)行速度
4.降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度
機(jī)器視覺的光源按形狀通??煞譃橐韵聨最悾?/p>
1.環(huán)形光源:環(huán)形光源提供不同照射角度、不同顏色組合,更能突出物體的三維信息;高密度LED陣列,高亮度;多種緊湊設(shè)計(jì),節(jié)省安裝空間;解決對角照射陰影問題;可選配漫射板導(dǎo)光,光線均勻擴(kuò)散。
2.背光源:用高密度LRD陣列面提供高強(qiáng)度背光照明,能突出物體的外形輪廓特征。
3.條形光源:條形光源是較大方形結(jié)構(gòu)被測物的首先光源,顏色可根據(jù)需求搭配,自由組合,照射角度與安裝隨意可調(diào)。
4.AOI專業(yè)光源:不同角度的三色光照明,照射凸顯錫焊三維信息;外加漫射板導(dǎo)光,減少反光不同角度組合。
5.球積分光源:具有積分效果的半球面內(nèi)部,均勻反射從底部360°發(fā)射出的光線,使整個(gè)圖像的照度十分的均勻。
6.線性光源:超高高度,采用柱面透鏡聚光,適用于各種流水線連續(xù)檢測場合。
7.同軸光:可以消除物體表面不平整引起的陰影,從而減少干擾,部分采用分光鏡設(shè)計(jì),減少光損失,提高成像清晰度,均勻照射物體表面。
8.點(diǎn)光源:大功率LED,體積小,發(fā)光強(qiáng)度高;光前鹵素?zé)舻奶娲?,尤其適合作為鏡頭的同軸光源等,高效散熱裝置,大大提高光源的使用壽命。
9.組合條形光:四邊配置條形光,每邊照明獨(dú)立可控制;可根據(jù)被測物體要求調(diào)整所需照明角度,適用性廣。
10.對位光源:速度快,視場大,精度高,體積小,便于檢測集成,亮度高,可適配輔助環(huán)形光。