機器視覺光源有什么樣的作用及選擇標準資料概述

機器視覺是圖像技術(shù)、模式識別技術(shù)以及計算機技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，是實現(xiàn)智能化、自動化、信息化的先進技術(shù)領(lǐng)域。機器視覺的發(fā)展帶動了人工智能的進步。

機器視覺系統(tǒng)從物理結(jié)構(gòu)上來講，一般包括以下幾個部分：光源、攝像機和鏡頭、圖像采集卡、機器視覺軟件等運動控制部分。在機器視覺系統(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機器視覺中光源的選型問題。

斷機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”，有時候，一個完整的機器視覺系統(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)是機器視覺系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分之一，機器視覺光源直接影響到圖像的質(zhì)量，進而影響到系統(tǒng)的性能。好的打光設(shè)計能夠使我們得到一幅好的圖像，從而改善整個系統(tǒng)的分辨率，簡化軟件的運算。

影響光源的因素：

1.對比度：對比度對機器視覺來說非常重要，機器視覺應(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：當選擇兩種光源的時候，最佳的選擇肯定是更亮的那個。因為當光源亮度不夠時就會出現(xiàn)以下三種情況：一、相機的信噪比不夠；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。當光源放置在攝像頭視野的不同區(qū)域或不同角度時，結(jié)果圖像應(yīng)該不會隨之變化。方向性很強的光源，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，好的光源需要在實際工作中與其在實驗室中有相同的效果。

4.光源可預(yù)測：當光源入射到物體表面的時候，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，在解決實際應(yīng)用的時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，光源的目標是要達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。

機器視覺系統(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)的運行速度

4.降低系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度

機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，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，光線均勻擴散。

2.背光源：用高密度LRD陣列面提供高強度背光照明，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，減少光損失，提高成像清晰度，均勻照射物體表面。

8.點光源：大功率LED，體積小，發(fā)光強度高；光前鹵素燈的替代品，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。

一幅好的圖象具備以下條件：

1. 對比度明顯，目標與背景的邊界清晰2. 背景盡量淡化而且均勻，不干擾圖象處理；3. 與顏色有關(guān)的還需要顏色真實，亮度適中，不過度曝光。4. 整體亮度均勻，整體不均勻灰度差不影響圖象處理；

工業(yè)相機是機器視覺系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵組件，其最本質(zhì)的功能就是將光信號轉(zhuǎn)變成小型高清工業(yè)相機為有序的電信號。

工業(yè)相機又俗稱攝像機，相比于傳統(tǒng)的民用相機（攝像機）而言，它具有高的圖像穩(wěn)定性、高傳輸能力和高抗干擾能力等，目前市面上工業(yè)相機大多是基于CCD或CMOS芯片的相機。CCD是目前機器視覺最為常用的圖像傳感器。它集光電轉(zhuǎn)換及電荷存貯、電荷轉(zhuǎn)移、信號讀取于一體，是典型的固體成像器件。

CCD的突出特點是以電荷作為信號，而不同于其它器件是以電流或者電壓為信號。這類成像器件通過光電轉(zhuǎn)換形成電荷包，而后在驅(qū)動脈沖的作用下轉(zhuǎn)移、放大輸出圖像信號。典型的CCD相機由光學鏡頭、時序及同步信號發(fā)生器、垂直驅(qū)動器、模擬/數(shù)字信號處理電路組成。

CCD作為一種功能器件，與真空管相比，具有無灼傷、無滯后、低電壓工作、低功耗等優(yōu)點。

CMOS圖像傳感器的開發(fā)最早出現(xiàn)在20世紀70 年代初，90 年代初期，隨著超大規(guī)模集成電路 (VLSI) 制造工藝技術(shù)的發(fā)展，CMOS圖像傳感器得到迅速發(fā)展。CMOS圖像傳感器將光敏元陣列、圖像信號放大器、信號讀取電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、圖像信號處理器及控制器集成在一塊芯片上，還具有局部像素的編程隨機訪問的優(yōu)點。

目前，CMOS圖像傳感器以其良好的集成性、低功耗、高速傳輸和寬動態(tài)范圍等特點在高分辨率和高速場合得到了廣泛的應(yīng)用。

由于光電二極管不能檢測精確的顏色，顏色信息通過與濾色鏡或棱鏡結(jié)合被再現(xiàn)。顏色信息能通過使用紅色(R)，綠色(G)，藍色(B)基色濾色鏡的基色模式或者通過使用藍綠色(C)，紫紅色(M)，黃色(Y)，綠色(G)的四色濾色鏡經(jīng)過計算創(chuàng)建圖像的補色濾色鏡模式獲得。

總之，基色模式創(chuàng)建的圖像比較暗，但是由于它更高的色彩飽和度表現(xiàn)出更精確的顏色。這個特點即高度的色彩再現(xiàn)能力。

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