機器視覺系統(tǒng)-光源篇

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一、為啥要使用光源

?目的

將被測物體與背景盡可能明顯分不，獲得高品質、高對照度的圖像?地位

機器視覺三大技術（采像技術，處理技術，運動操縱技術）之一?重要性

直截了當妨礙系統(tǒng)的成敗，處理精度和速度

二、光源的種類

?理想的光源應該是璀璨，均勻，穩(wěn)定的

?視覺系統(tǒng)使用的光源要緊有三種

高頻熒光燈

光纖鹵素燈

LED（發(fā)光二極管）照明

?高頻熒光燈

使用壽命約1500－3000小時

優(yōu)點：擴散性好、適合大面積均勻照耀

缺點：響應速度慢，亮度較暗

?光纖鹵素燈

使用壽命約1000小時

優(yōu)點：亮度高

缺點：響應速度慢，幾乎沒有光亮度和群溫的變化

?LED燈

使用壽命約10000－30000小時

能夠使用多個LED達到高亮度，并且可組合別同的形狀

響應速度快，波長能夠依照用途挑選

三、LED光源的優(yōu)勢

?可制成各種形狀、尺寸及各種照耀角度；

?可依照需要制成各種顏群，并能夠隨時調節(jié)亮度；

?經(jīng)過散熱裝置，散熱效果更好，光亮度更穩(wěn)定；

?使用壽命長（約3萬小時，間斷使用壽命更長）；

?反應快捷，可在10微秒或更短的時刻內達到最大亮度；

?電源帶有外觸發(fā)，能夠經(jīng)過計算機操縱，起動速度快，能夠用作頻閃燈；?運行成本低、壽命長的LED，會在綜合成本和性能方面體現(xiàn)出更大的優(yōu)勢；?可依照客戶的需要，舉行特別設計。

四、LED光源的顏群

?要緊顏XXX

紅XXX

藍群

綠XXX

白群

?其他顏群

橙群

紅外

紫外

五、照明技術的基礎知識

1、照耀光的種類

(1)直射光

要緊來自于一具方向的光，能夠在亮群和暗XXX陰影之間產(chǎn)生相對高的對照度圖像。

(2)漫射光（擴散光）

各種角度的光源混合在一起的光。日常的日子用光幾乎基本上擴散光。

(3)偏振光

在垂直于傳播方向的平面內，光矢量只沿某一具固定方向振動的光。通常是利用偏光板（片）來防止特定方向的反射。

(4)平行光

照耀角度一致的光。太陽光算是平行光。發(fā)光角度越窄的LED直射光越接XXX行光。

對照度：對照度對機器視覺來講很重要。機器視覺應用的照明的最重要的任務算是使需要被觀看的特征與需要被忽略的圖像特征之間產(chǎn)生最大的對照度，從而易于特征的區(qū)分。對照度定義為在特征與其身邊的區(qū)域之間有腳夠的灰度量區(qū)不。好的照明應該可以保證需要檢測的特征突出于其他背景。

2、六種照明技術

通用照明，背光，同軸（共軸），延續(xù)漫反射，暗域及結構光。(1)普通目的的照明

通用照明普通采納環(huán)狀或點狀照明。環(huán)燈是一種常用的通用照明方式，其非常容易安裝在鏡額頭，可給漫反射表面提供腳夠的照明。

(2)背光照明：

背光照明是將光源放置在相關于攝像頭的物體的背面。這種照明方式與不的照明方式有非常大別同因為圖像分析的別是發(fā)水光而是入射光。背光照明產(chǎn)生了非常強的對照度。應用背光技術時候，物體表面特征也許會丟失。例如，能夠應用背光技術測量硬幣的直徑，然而卻無法推斷硬幣的正反面。

(3)同軸照明：

同軸照明是與攝像頭的軸向有相同的方向的光照耀到物體的表面。同軸照明使用一種特別的半反射鏡面反射光源到攝像頭的透鏡軸方向。半反射鏡面只讓從物體表面反射垂直于透鏡的光源經(jīng)過。同軸照明技術關于實現(xiàn)扁平物體且有鏡面特征的表面的均勻照明非常實用。此外此技術還能夠實現(xiàn)使表面角度變化部分高亮，因為別垂直于攝像頭鏡頭的表面反射的光不可能進入鏡頭，從而造成表面較暗。延續(xù)漫反射照明：延續(xù)漫反射照明應用于物體表面的反射性或者表面有復雜的角度。延續(xù)漫反射照明應用半球形的均勻照明，以減小影子及鏡面反射。這種照明方式關于徹底組裝的電路板照明很實用。這種光源能夠達到170立體角范圍的均勻照明。

(4)暗域照明：

暗域照明是相關于物體表面提供低角度照明。使用相機拍攝鏡子使其在其視野內，假如在視野內能看見光源就以為使亮域照明，相反的在視野中看別到光源算是暗域照明。所以光源是亮域照明依然暗域照明與光源的位置有關。典型的，暗域照明應用于對表面部分有突起的部分的照明或表面紋理變化的照明。

(5)結構光：結構光是一種投影在物體表面的有一定幾何形狀的光（如線形、圓形、正方形）。典型的結構光涉及激光或光纖。結構光能夠用來測量相機到光源的距離。多軸照明：在許多應用中，為了使視野下別同的特征表現(xiàn)別同的對照度，需要多重照明技術。

3、挑選光源應思考的系統(tǒng)特性

(1)亮度

當挑選兩種光源的時候，最佳的挑選是挑選更亮的這個。當光源別夠亮時，也許有三種不行的事情會浮現(xiàn)。第一，相機的信噪比別夠；由于光源的亮度別夠，圖像的對照度必定別夠，在圖像上浮現(xiàn)噪聲的也許性也隨即增大。其次，光源的亮度別夠，必定要加大光圈，從而減小了景深。另外，當光源的亮度別夠的時候，自然光等隨機光對系統(tǒng)的妨礙會最大。

(2)魯棒性

測試好光源的辦法是看光源是否對部件的位置敏感度最小。當光源放置在攝像頭視野的別同區(qū)域或別同角度時，結果圖像應該不可能隨之變化。方向性非常強的光源，增大了對高亮區(qū)域的鏡面反射發(fā)生的也許性，這別利于后面的特征提取。在非常多事情下，好的光源需要在實際工作中與其在實驗室中的有相同的效果。好的光源需要可以使你需要尋覓的特征很明顯，除了是攝像頭可以拍攝到部件外，好的光源應該可以產(chǎn)生最大的對照度、亮度腳夠且對部件的位置變化別敏感。光源挑選好了，剩下來的工作就容易多了！機器視覺應用關懷的是反射光（除非使用背光）。物體表面的幾何形狀、光澤及顏群決定了光在物體表面怎么反射。機器視覺應用的光源操縱的訣竅歸結到一點算是怎么操縱光源反射。怎么可以操縱好光源的反射，這么獲得的圖像就能夠操縱了。所以，在機器視覺應用中，當光源入射到給定物體表面的時候，理解光源最重要的方面算是要操縱好光源及其反映。

(3)光源可預測

當光源入射到物體表面的時候，光源的反映是能夠預測的。光源也許被汲取或被反射。光也許被徹底汲?。ê诮饘俨牧?，表面難以照亮）或者被部分汲?。ㄔ斐闪祟伻旱淖兓傲炼鹊膭e同）。別被汲取的光就會被反射，入射光的角度等于反射光的角度，那個科學的定律大大簡化了機器視覺光源，因為理想的想定的效果能夠經(jīng)過操縱光源而實現(xiàn)。

物體表面：假如光源按照可預測的方式傳播，這么又是啥緣故使機器視覺的光源設計這樣的棘手呢？使機器視覺照明復雜化的是物體表面的變化造成的。假如所有物體表面是相同的，在解決實際應用的時候就沒有必要采納別同的光源技術了。但由于物體表面的別同，所以需要觀看視野中的物體表面，并分析光源入射的反映。

(4)操縱反射

假如反射光能夠操縱，圖像就能夠操縱了。這點再如何強度也別為過。所以在涉及機器視覺應用的光源設計時，最重要的原則算是操縱好哪里的光源反射到透鏡及反射的程度。機器視覺的光源設計算是對反射的研究。在視覺應用中，當觀測一具物體以決定需要啥樣的光源的時候，首先需要咨詢自個兒如此的咨詢題：“我怎么才干讓物體顯現(xiàn)？”“我怎么才干應用光源使必須的光反射到鏡頭中以獲得物體外表？”妨礙反射效果的因素有：光源的位置，物體表面的紋理，物體表面的幾何形狀及光源的均勻性。

(5)光源的位置

既然光源按照入射角反射，所以光源的位置對獵取高對照度的圖像非常重要。光源的目標是要達到使感興趣的特征與其身邊的背景對光源的反射別同。預測光源怎么在物體表面反射就能夠決定出光源的位置。

(6)表面紋理

物體表面也許高度反射（鏡面反射）或者高度漫反射。決定物體是鏡面反射依然漫反射的要緊因素是物體表面的光滑度。一具漫反射的表面，如一張別光滑的紙張，有著復雜的表面角度，用顯微鏡觀察的時候顯得非常璀璨，這是由于物體表面角度的變化而造成了光源照耀到物體表面而被分散開了。而一張光滑的的紙張有光滑的表面而減小了物體表面的角度。光源照耀到光源的表面并按照入射角反射。

(7)表面形狀

一具球形表面反射光源的方式與平面物體別近相同。物體表面的形狀越復雜，其表面的光源變化也隨之而復雜。對應一具拋光的鏡面表面，光源需要在別同的角度照耀。從別同角度照耀能夠減小光影。

(8)光源均勻性

別均勻的光會造成別均勻的反射。均勻關系到三個方面。

第一，關于視野，在攝像頭視野范圍部分應該是均勻的。簡單的講，圖像中暗的區(qū)域算是缺

少反射光，而亮點算是此處反射太強了。別均勻的光會使視野范圍內部分區(qū)域的光比其他區(qū)域多。從而造成物體表面反射別均勻（假設物體表面的對光的反射是相同的）。均勻的光源會補償物體表面的角度變化，即使物體表面的幾何形狀別同，光源在各部分的反射也是均勻的。

(9)光源技術的應用：光源技術是設計光源的幾何及位置以使圖像有對照度。光源會使那些感興趣的并需要機器視覺分析的區(qū)域更加突出。經(jīng)過挑選光源技術，應該關懷物體使怎么被照明及光源是怎么反射及散射的。

六、怎么挑選光源

1、背光——測量系統(tǒng)的最佳挑選

2、亮場——最直截了當?shù)恼彰?/p>

3、暗場——適合光滑表面的照明

4、結構光法——最簡便的三維測量

5、彩群的思考——三原群。

光的三原群：紅、綠、藍；群彩三原群：青、紫、黃

?世界上所有顏XXX基本上由三原群按別同比例組合而成

?三原群的XXX