機器視覺如何選擇合適的光源

機器視覺系統(tǒng)由工業(yè)鏡頭、工業(yè)相機、視覺光源、軟件系統(tǒng)等組成，其中光源的作用是將被測物體與背景明顯分別，獲取高品質的圖像，在視覺系統(tǒng)中起著重要作用，選擇合適的光源是視覺系統(tǒng)搭建的重要環(huán)節(jié)。機器視覺光源除了有很多類型也有不同的顏色區(qū)分，具體應該如何選擇呢？

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機器視覺光源顏色

白色光源（W）：白色光源通常用色溫來界定，色溫高的顏色偏藍色（冷色色溫》5000K），色溫低的顏色偏紅（暖色色溫《3300與5000K），之間的稱之為中間色，白色光源適用性廣，亮度高，在拍攝彩色圖像時使用更多。藍色光源（B）：藍色光源波長在430-480之間，適用產品：銀色背景產品（如鈑金，車加工件等）、薄膜上金屬印刷品。紅色光源（R）：紅色光源的波長通常在600-720之間，可以透過一些比較暗的物體，例如底材黑色的透明軟板孔位定位、綠色線路板線路檢測，透光膜厚度檢測等，采用紅色光源更能提高對比度。綠色光源（G）：綠色光源波長510-530，介于紅色與藍色之間，主要針對紅色背景產品，銀色背景產品。

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光源顏色的選擇攻略

機器視覺光源有多種類型，選擇合理的光源顏色可以使特征和周圍區(qū)域產生足夠的灰度值差異。 在選擇視覺光源時，會涉及到許多角度、形狀、亮度、顏色等參數(shù)，為了最大程度地區(qū)分物體和背景，通常選擇彩色互補光源。選擇合理的光源顏色可以使特征和周圍背景區(qū)域產生足夠的灰度差異，一般來說，如果使用黑白相機，并且沒有對被測對象的顏色選擇特殊要求，紅色是更合適的選擇。 因為紅色LED壽命長、穩(wěn)定、價格低廉，更重要的是紅色LED的波長更接近傳感器的靈敏度峰值，而通常的CCD對紫色、藍色的光敏感程度沒有紅光強。 如果進行彩色成像，則通?？紤]使用白色光源。白色LED光源的制造有幾種方法，一種是使用白色LED制造，發(fā)光管內部有藍色發(fā)光芯片與受到激發(fā)后發(fā)出黃色的熒光粉，發(fā)出的光按一定比例疊加到一起，看起來形成了白色，這是最為常見的形式。另一種方法是使用紅綠藍三種不同顏色的LED，按某種順序或方式在光源上進行排列，并分別控制每種顏色的度，使用相對方便。此種方法通常使用四個單色RGGB顆粒進行排列，所以其中的綠色分量通常會比較足，之所以多加一個綠色的G通量，是因為人眼對綠色光源（波長555nm）最敏感。 機器視覺應用中應注意目標顏色與光源顏色的搭配，我們看到某個物體成某種顏色，是因為其反射了對應的光譜。我們拍攝物體時，如果要將某種顏色打成白色，那么就得使用與此顏色相同或相似的光源（光的波長一樣或接近），而如果要打成黑色，則需要選擇與目標顏色波長差較大的光源。 視覺應用中，為目標顏色合理地選擇光源的顏色有利于降低算法難度、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

同類色

同類色指色相性質相同，但色度有深淺之分。 是色相環(huán)中15°夾角內的顏色。 如深紅與淺紅，深藍與淺藍。

鄰近色

鄰近色，就是在色帶上相鄰近的顏色。 例如紅色和橙色。 是色相環(huán)中，凡在60度范圍之內的顏色都屬鄰近色的范圍

互補色/對比色

有非常強烈的對比度，在顏色飽和度很高的情況下，可以創(chuàng)建很多十分震撼的視覺效果。 例如橙和藍、紅和綠、黃和紫。 在色相環(huán)中每一個顏色對面(180度對角)的顏色。

類似色

類似色是指在色輪上相鄰的三個顏色。 在色輪上90度角內的色統(tǒng)稱為類似色。 例如紅－紅橙－橙、黃－黃綠－綠、青－青紫－紫等均為類似色。

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實例分析

在彩色相機下，除了黑色和灰色，線條不明顯，其他如白色、紫色、藍色、綠色、黃色、橙色、紅色、棕色等都明顯，充滿鮮艷的色彩。 多色排線在白色光源下的黑白相機大尺度成像，可以發(fā)現(xiàn)其中的白色、黃色、綠色、橙色較明亮，說明相機對這些波長比較敏感。 在紅光下成像時，白、紅、橙、黃幾種顏色比較明顯，其它的顏色都很暗，說明紅光照射物體時，物體本身有紅色分量時，才能反射紅光，在黑白相機下表現(xiàn)為紅色特征。 線條排列在綠色光源黑白相機成像中，白色、綠色、黃色表現(xiàn)明亮，其他顏色成像較暗。 在藍色光源下，白色、紫色和藍色線條更加明亮，有效地反射藍光。還可以發(fā)現(xiàn)，不管什么光照，白線都形成一個清晰的白色，因為它不吸收光譜本身，任何在其表面上照射的光譜都會被反射。相反，黑色材料在照射時不反射黑色。 此外，在衍射中，衍射條紋的寬度與波長成正比。例如，單縫衍射的中心平面條紋的半角寬度是sintheta＝λ/a，λ是波長，a是單縫衍射的寬度。 在攝影中，表面通常不是很光滑，導致衍射，所以用紅光衍射會比用藍光衍射強。因此，紅光通常被用來獲得更多的表面細節(jié)，而藍色光被用來獲得更多的對比度。 透鏡的分辨公式為0.61／NA，λ為波長，NA為數(shù)值孔徑。 可以看出，當NA固定并且使用不同波長和顏色的光時，透鏡的分辨率是不同的。因此，當使用光源時，同一透鏡在藍光中的分辨率通常高于紅光。