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  • 機(jī)器視覺中的光源解析

    作者:佚名 來源:本站整理 時(shí)間:2011-10-10 23:29 閱讀:1709 [投稿]
    一個(gè)好的操作平臺應(yīng)該能夠在最短的時(shí)間內(nèi)處理圖像,好的機(jī)器視覺軟件應(yīng)該能夠很容易的在一系列的案例中應(yīng)用,好的相機(jī)和鏡頭應(yīng)該是擁有最小的畸變和足夠的分辨率。但是,好的機(jī)器視覺照明應(yīng)該有什么特點(diǎn)呢?在圖像的 ..
    表面形狀:一個(gè)球形表面反射光源的方式與平面物體不近相同。物體表面的形狀越復(fù)雜,其表面的光源變化也隨之而復(fù)雜。對應(yīng)一個(gè)拋光的鏡面表面,光源需要在不同的角度照射。從不同角度照射可以減小光影。
    光源均勻性:不均勻的光會造成不均勻的反射。均勻關(guān)系到三個(gè)方面。第一,對于視野,在攝像頭視野范圍部分應(yīng)該是均勻的。簡單的說,圖像中暗的區(qū)域就是缺少反射光,而亮點(diǎn)就是此處反射太強(qiáng)了。不均勻的光會使視野范圍內(nèi)部分區(qū)域的光比其他區(qū)域多。從而造成物體表面反射不均勻(假設(shè)物體表面的對光的反射是相同的)。
    均勻的光源會補(bǔ)償物體表面的角度變化,即使物體表面的幾何形狀不同,光源在各部分的反射也是均勻的。
    光源技術(shù)的應(yīng)用:光源技術(shù)是設(shè)計(jì)光源的幾何及位置以使圖像有對比度。光源會使那些感興趣的并需要機(jī)器視覺分析的區(qū)域更加突出。通過選擇光源技術(shù),應(yīng)該關(guān)心物體使如何被照明及光源是如何反射及散射的。下面是六種照明技術(shù):通用照明,背光,同軸(共軸),連續(xù)漫反射,暗域及結(jié)構(gòu)光。 
    一般目的的照明:通用照明一般采用環(huán)狀或點(diǎn)狀照明。環(huán)燈是一種常用的通用照明方式,其很容易安裝在鏡頭上,可給漫反射表面提供足夠的照明。
    背光照明:背光照明是將光源放置在相對于攝像頭的物體的背面。這種照明方式與別的照明方式有 很大不同因?yàn)閳D像分析的不是發(fā)水光而是入射光。背光照明產(chǎn)生了很強(qiáng)的對比度。應(yīng)用背光技術(shù)時(shí)候,物體表面特征可能會丟失。例如,可以應(yīng)用背光技術(shù)測量硬幣的直徑,但是卻無法判斷硬幣的正反面。
    連續(xù)漫反射照明: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。
    暗域照明:暗域照明是相對于物體表面提供低角度照明。使用相機(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)為使亮域照明,相反的在視野中看不到光源就是暗域照明。因此光源是亮域照明還是暗域照明與光源的位置有關(guān)。
    典型的,暗域照明應(yīng)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。
    結(jié)構(gòu)光:結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)光涉及激光或光纖。結(jié)構(gòu)光可以用來測量相機(jī)到光源的距離。
    多軸照明:在許多應(yīng)用中,為了使視野下不同的特征表現(xiàn)不同的對比度,需要多重照明技術(shù)。
    選擇光源:一旦選擇了照明技術(shù),接下來就是選擇何種光源的問題了。光源應(yīng)該照明形狀的需要,需要有足夠的均勻度,且穩(wěn)定性能要好。在機(jī)器視覺應(yīng)用中選擇光源應(yīng)該考慮下面的有關(guān)光源的特性:
    光譜特征:光源的顏色及測量物體表面的顏色決定了反射到攝像頭的光能的大小及波長。白光或某種特殊的光譜在提取其他顏色的特征信息時(shí)可能使比較重要的因素。當(dāng)分析多顏色特征的時(shí)候,選擇光源的時(shí)候,色溫是一個(gè)比較重要的因素。例如,鹵燈更多表現(xiàn)為黃色,相比氙燈顯現(xiàn)藍(lán)色。
    效率:有些光源效率很高,相對于能量的消耗,其散發(fā)出更加多的光能,例如熒光燈。而鎢燈,產(chǎn)生相當(dāng)多的熱量,能量消耗也很大。效率不高的光源產(chǎn)生局部過熱,浪費(fèi)很多。一般,光源的溫度越高,其壽命就會縮短,其消耗的能量就相對較高。
    壽命特性:光源一般需要持續(xù)多小時(shí)的使用。一個(gè)壽命為1000小時(shí)的光源,在兩班運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下,只能持續(xù)一個(gè)星期左右。更換光源燈泡的維護(hù)就必須了。LED光源是比較流行的光源,其可以連續(xù)工作很長時(shí)間,大約可以連續(xù)操作100,100小時(shí)。對多數(shù)光源,隨著光源的老化,光源釋放的能量會減少,根據(jù)光源類型的不同,光能減小可能速度比較滿,也可能很快很明顯。光能輸出的變化可能也影響著光譜特性。當(dāng)光源的老化速度影響到圖像處理結(jié)果的時(shí)候就可以注意光源的變化了。 
    費(fèi)用:許多光源需要在視覺系統(tǒng)的使用過程中更換。如果光源很昂貴,在機(jī)器視覺的使用過程中可能會增大后期費(fèi)用。另外,光源應(yīng)該在市場上較容易購買。
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