机器视觉光源选型.doc

"机器视觉光源选型" 机器视觉光源是构建机器视觉系统首要考虑的因素，一个适宜的视觉光源能够对整个机器视觉检测项目起到事半功倍的作用。为了使视觉检测过程变得更加方便，效果更加明显，效率更加高，才有了光源的选型。 光源的根本要素： 1. 比照度：机器视觉应用的照明的最重要的任务就是使需要被观察的特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的比照度，从而易于特征的区分。比照度定义为在特征与其周围的区域之间有足够的灰度量区别。好的照明应该能够保证需要检测的特征突出于其他背景。 2. 亮度：中选择两种光源的时候，最正确的选择是选择更亮的那个。当光源不够亮时，可能有三种不好的情况会出现。第一，相机的信噪比不够;由于光源的亮度不够，图像的比照度必然不够，在图像上出现噪声的可能性也随即增大。光源的亮度不够，必然要加大光圈，从而减小了景深。另外，当光源的亮度不够的时候，自然光等随机光对系统的影响会最大。 3. 鲁棒性：另一个测试好光源的方法是看光源是否对部件的位置敏感度最小。当光源放置在摄像头视野的不同区域或不同角度时，结果图像应该不会随之变化。方向性很强的光源，增大了对高亮区域的镜面反射发生的可能性，这不利于后面的特征提取。在很多情况下，好的光源需要在实际工作中与其在实验室中的有一样的效果。 光源选择好了，剩下来的工作就容易多了！机器视觉应用关心的是反射光(除非使用背光)。物体外表的几何形状、光泽与颜色决定了光在物体外表如何反射。机器视觉应用的光源控制的诀窍归结到一点就是如何控制光源反射。 控制反射： 1. 光源可预测：当光源入射到物体外表的时候，光源的反映是可以预测的。光源可能被吸收或被反射。光可能被完全吸收(黑金属材料，外表难以照亮)或者被局部吸收(造成了颜色的变化与亮度的不同)。不被吸收的光就会被反射，入射光的角度等于反射光的角度，这个科学的定律大大简化了机器视觉光源，因为理想的想定的效果可以通过控制光源而实现。 2. 物体外表：如果光源按照可预测的方式传播，那么又是什么原因使机器视觉的光源设计如此的棘手呢？使机器视觉照明复杂化的是物体外表的变化造成的。如果所有物体外表是一样的，在解决实际应用的时候就没有必要采用不同的光源技术了。但由于物体外表的不同，因此需要观察视野中的物体外表，并分析光源入射的反映。 3. 控制反射：本文前面提到了，如果反射光可以控制，图像就可以控制了。这点再怎么强度也不为过。因此在涉与机器视觉应用的光源设计时，最重要的原那么就是控制好哪里的光源反射到透镜与反射的程度。机器视觉的光源设计就是对反射的研究。 影响反射效果的因素有： 光源的位置、物体外表的纹理、物体外表的几何形状与光源的均匀性等。 光源的位置：既然光源按照入射角反射，因此光源的位置对获取高比照度的图像很重要。光源的目标是要到达使感兴趣的特征与其周围的背景对光源的反射不同。预测光源如何在物体外表反射就可以决定出光源的位置。 外表纹理：物体外表可能高度反射(镜面反射)或者高度漫反射。决定物体是镜面反射还是漫反射的主要因素是物体外表的光滑度。一个漫反射的外表，如一不光滑的纸，有着复杂的外表角度，用显微镜观看的时候显得很明亮，这是由于物体外表角度的变化而造成了光源照射到物体外表而被分散开了。而一光滑的的纸有光滑的外表而减小了物体外表的角度。光源照射到光源的外表并按照入射角反射。 外表形状：一个球形外表反射光源的方式与平面物体不近一样。物体外表的形状越复杂，其外表的光源变化也随之而复杂。对应一个抛光的镜面外表，光源需要在不同的角度照射。从不同角度照射可以减小光影。 光源均匀性：不均匀的光会造成不均匀的反射。均匀关系到三个方面。第一，对于视野，在摄像头视野围局部应该是均匀的。简单的说，图像中暗的区域就是缺少反射光，而亮点就是此处反射太强了。不均匀的光会使视野围局部区域的光比其他区域多。从而造成物体外表反射不均匀(假设物体外表的对光的反射是一样的)。均匀的光源会补偿物体外表的角度变化，即使物体外表的几何形状不同，光源在各局部的反射也是均匀的。 光源技术的应用：光源技术是设计光源的几何，根据实际应用的需求来选择合适的光源技术。例如，在机器视觉检测项目中，需要选择合适的光源技术来满足检测项目的需求。