時(shí)間:2022-10-28 14:42:05來源:機(jī)器視覺沙龍
首先我們需要了解,機(jī)器視覺中的光源起到哪些作用:
1. 照亮目標(biāo),提高亮度; 2. 形成有利于圖像處理的成像效果,降低系統(tǒng)的復(fù)雜性和對(duì)圖像處理算法的要求; 3. 克服環(huán)境光干擾,保證圖像穩(wěn)定性,提高系統(tǒng)的精度、效率;
通過恰當(dāng)?shù)墓庠凑彰髟O(shè)計(jì),可以使圖像中的目標(biāo)信息與背景信息得到最佳分離,這樣不僅大大降低圖像處理的算法難度,同時(shí)提高系統(tǒng)的精度和可靠性,但非常遺憾,目前沒有一個(gè)通用的機(jī)器視覺照明系統(tǒng),可以應(yīng)對(duì)不同的檢測(cè)要求,因此針對(duì)每個(gè)特定的案例,都需要設(shè)計(jì)適應(yīng)的照明裝置,以達(dá)到最佳效果,而不合適的照明,則會(huì)引起很多問題,機(jī)器視覺光源如此重要,卻往往被很多人忽視。 目前機(jī)器視覺光源主要采用LED(發(fā)光二極管),由于其形狀自由度高,使用壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快、單色性好、顏色多樣、綜合性價(jià)比高等特點(diǎn)在行業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用: 一、形狀自由度 一個(gè)LED光源是由許多單個(gè)LED組合而成的,因而跟其他光源相比,可做成更多的形狀,更容易針對(duì)用戶的情況,設(shè)計(jì)光源的形狀和尺寸。
二、使用壽命長(zhǎng)
為了使圖像處理單元得到精確的,重復(fù)性好的測(cè)量結(jié)果,照明系統(tǒng)必須保證相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)能夠提供穩(wěn)定的圖像輸入。LED光源在連續(xù)工作10.000到30.000小時(shí)后,亮度衰減,但遠(yuǎn)比其他型式的光源效果好。此外,用控制系統(tǒng)使其間斷工作,可抑制發(fā)光管發(fā)熱,壽命也將延長(zhǎng)一倍。
三、響應(yīng)速度快
LED發(fā)光管響應(yīng)時(shí)間很短,響應(yīng)時(shí)間的真正意義是能按要求保證多個(gè)光源之間或一個(gè)光源不同區(qū)域之間的工作切換,采用專用控制器給LED光源供電時(shí),達(dá)到最大照度的時(shí)間小于10s。
四、顏色多樣
除了光源的形狀以外,得到穩(wěn)定圖像輸入的另一方面就是選擇光源的顏色。甚至相同形狀的光源,由于顏色的不同得到的圖像也會(huì)有很大的差別。實(shí)際上,如何利用光源顏色的技術(shù)特性得到最佳對(duì)比度的圖像效果一直是光源開發(fā)的主要方向。
五、綜合性運(yùn)營(yíng)成本低
選用低廉而性能沒有保證的產(chǎn)品,初次投資的節(jié)省很快會(huì)被日常的維護(hù)、維修費(fèi)用抵消。其他光源不僅耗電是LED光源的2-10倍,而且?guī)缀趺吭戮鸵鼡Q,浪費(fèi)了維修工程師許多寶貴的時(shí)間。而且投入使用的光源越多,在器件更換和人工方面的花費(fèi)就越大,因此選用壽命長(zhǎng)的LED光源從長(zhǎng)遠(yuǎn)看是很經(jīng)濟(jì)的。
01、
1)照射方式 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)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最基本的參數(shù),它取決于光源的類型和相對(duì)于物體放置的位置. 一般來說有兩種最基本的方式:直射光和漫射光,所有其它的方式都是從這二種方法中延伸出來的。
直射光:入射光基本上來自一個(gè)方向,射角小,它能投射出物體陰影; 漫射光:入射光來自多個(gè)方向,甚至于所有的方向,它不會(huì)投射出明顯的陰影; 2)反射方式 物體反射光線有兩種不同的反射特性:直反射和漫反射。
直反射:光線的反射角等于入射角。直反射有時(shí)用途很大,有時(shí)又可能產(chǎn)生極強(qiáng)的眩耀。在大多數(shù)情況應(yīng)避免鏡面反射。 漫反散: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。 3)顏色 光譜中很大的一部分電磁波譜是人眼可見的,在這個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁輻射被稱作可見光,范圍在400nm至760nm之間(有的人可以觀測(cè)到380nm-780nm),即從紫色380nm到紅色780nm。
色環(huán)就是在可見光光譜中的色彩進(jìn)行排序,形成紅色連接到另一端的紫色,機(jī)器視覺種應(yīng)用到色環(huán)通常包括6種不同的顏色,分為兩大類:暖色和冷色,暖色由紅色調(diào)構(gòu)成,冷色來自于藍(lán)色調(diào),通常用相反色溫的光線照射,圖像可以達(dá)到最高級(jí)別的對(duì)比度,相同色溫的光線照射,可以有效濾除,因此靈活利用色溫特性,對(duì)我們選擇光源很有幫助。
4)明視場(chǎng)和暗視場(chǎng)
明視場(chǎng)是最常用的照明方案,采用正面直射光照射形成,而暗視場(chǎng)主要由低角度或背光照明形成,對(duì)于不同項(xiàng)目檢測(cè)需求,選擇不同類型的照明方式,一般來說暗視場(chǎng)會(huì)使背景呈現(xiàn)黑暗,而被檢物體則呈現(xiàn)明亮。
5)光源分類
目前主要有以下集中分類方式:
a)顏色 常用光源顏色集中在可見光范圍,主要有白光(復(fù)合光)、紅色、藍(lán)色、綠色,另外紅外光也比較普及,而紫外光由于各種原因,應(yīng)用較少;
b)外形 各廠家會(huì)根據(jù)不同光源外形特性進(jìn)行分類,也是目前的主流分類,比如環(huán)形光源、環(huán)形低角度光源、條形光源、圓頂光源(碗光源/穹頂光源)、面光源等;
c)工作原理/特性 不同的應(yīng)用方式或者原理進(jìn)行分類,主要有無影光源、同軸光源、點(diǎn)光源、線光源、背光源、組合光源以及結(jié)構(gòu)光源等;
02、
1. 一般目的的照明(直接照明):光直接射向物體,得到清楚的影像。
當(dāng)我們需要得到高對(duì)比度物體圖像的時(shí)候,這種類型的光很有效。但是當(dāng)我們用它照在光亮或反射的材料上時(shí),會(huì)引起像鏡面的反光。通用照明一般采用環(huán)狀或點(diǎn)狀照明。環(huán)光是一種常用的通用照明方式,其很容易安裝在鏡頭,可給漫反射表面提供足夠的照明。
2. 暗場(chǎng)照明:暗場(chǎng)照明是相對(duì)于物體表面提供低角度照明。
使用工業(yè)相機(jī)拍攝鏡子使其在其視野內(nèi),如果在視野內(nèi)能看見光源就認(rèn)為使亮場(chǎng)照明,相反的在視野中看不到光源就是暗場(chǎng)照明。因此光源是亮場(chǎng)照明還是暗場(chǎng)照明與光源的位置有關(guān)。典型的,暗場(chǎng)照明應(yīng)用于對(duì)表面部分有突起的部分的照明或表面紋理變化的照明。
3. 背光照明:從物體背面射過來均勻視場(chǎng)的光,通過相機(jī)可以看到物面的側(cè)面輪廓。
背光照明常用于測(cè)量物休的尺寸和定物體的方向。背光照明產(chǎn)生了很強(qiáng)的對(duì)比度。應(yīng)用背光技術(shù)時(shí)候,物體表面特征可能會(huì)丟失。例如,可以應(yīng)用背光技術(shù)測(cè)量硬幣的直徑,但是卻無法判斷硬幣的正反面。
4. 漫射照明:連續(xù)漫反射照明應(yīng)用于物體表面的反射性或者表面有復(fù)雜的角度。
連續(xù)漫反射照明應(yīng)用半球形的均勻照明,以減小影子及鏡面反射。這種照明方式對(duì)于完全組裝的電路板照明非常有用。這種光源可以達(dá)到170立體角范圍的均勻照明。
5. 同軸照明:同軸光的形成--通過垂直墻壁出來的發(fā)散光,射到一個(gè)使光向下的分光鏡上,相機(jī)從上面通過分光鏡看物體。
這種類型的光源對(duì)檢測(cè)高反射的物體特別有幫助,還適合受周圍環(huán)境產(chǎn)生陰影的影響,檢測(cè)面積不明顯的物體。
6. 偏振片:只允許振動(dòng)方向平行于其允許方向的光能通過,垂直分量被截止。
針對(duì)具體的應(yīng)用,從眾多的方案中選擇一個(gè)最好的照明系統(tǒng)是整個(gè)圖像處理系統(tǒng)穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。
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