機器視(shi)覺系(xi)統的(de)核心是圖像(xiang)的(de)采(cai)集和(he)處理。

所有(you)信息均來源于圖(tu)像，圖(tu)像的質(zhi)量對整個(ge)視覺系統(tong)極(ji)為關(guan)鍵。

一幅好的(de)圖(tu)像(xiang)可以提(ti)高整個系統(tong)的(de)穩定性，從而大大降低(di)圖(tu)像(xiang)處理算法(fa)的(de)難度(du)，同時提(ti)高系統(tong)的(de)精度(du)和可靠性。

一幅好的圖(tu)像應該具備如下條(tiao)件：

對(dui)比度(du)：對(dui)比度(du)明顯，目標(biao)與背(bei)(bei)景的邊界對(dui)比清晰(xi)，要求目標(biao)與背(bei)(bei)景灰度(du)值至少相差30以上；

均(jun)勻性：要求圖片整體(ti)亮度(du)均(jun)勻，或整體(ti)不均(jun)勻但灰度(du)差不影響圖像處理；

真實性(xing)：與顏(yan)色有關的還需要顏(yan)色真實，亮度(du)適中，不(bu)過(guo)度(du)曝(pu)光，過(guo)度(du)像(xiang)素滿(man)足精度(du)檢(jian)測要求(qiu)；

干擾性：背景盡量淡化。

而(er)光源是影(ying)響機器視(shi)覺系(xi)統圖像質(zhi)量的重要(yao)因素，它直接(jie)影(ying)響輸入數(shu)據的質(zhi)量，所(suo)以在整(zheng)個機器視(shi)覺系(xi)統中，光源有著關鍵(jian)性的作用。

由于(yu)目前(qian)尚沒有一個通用的(de)機器視(shi)覺照明(ming)設備(bei)，因此針對每個特定(ding)的(de)案例，設計合適的(de)照明(ming)裝(zhuang)置，以達到最佳效果。

常見的視覺光源

機(ji)器視覺(jue)常用的(de)一些(xie)光源主要(yao)有：LED燈、光纖鹵素燈、氙燈、高頻熒(ying)光燈等(deng)。

01.LED燈

壽命約30000-100000小(xiao)時；

優點：可以使(shi)用多個LED達到高亮度，同時可組合不(bu)同的形(xing)狀，響應速度快，波長可以根據用途(tu)選擇。

02.光纖鹵素燈

使用壽命約(yue)1000小(xiao)時(shi)左(zuo)右；

優點：亮度高；

缺點：影響速度慢，幾乎沒有(you)光亮度和色溫的變化。

03.氙燈

使(shi)用壽命(ming)約(yue)1000小時左右；

優點(dian)：亮(liang)度高，色(se)溫(wen)與(yu)日(ri)光接近；

缺(que)點：響應速度慢，發熱量大，壽命短、工作電(dian)流(liu)大、供電(dian)安全要(yao)求嚴(yan)格、易碎。

04.熒光燈

使(shi)用壽命(ming)約1500-3000小時；

優(you)點：擴散性好、適合大面積均勻照(zhao)射；

缺(que)點：響應速度慢，亮度較暗(an)。

各種視覺打光方式

背光照明方式

1、漫射背光源貫穿透射

結構描述：漫射背(bei)光源置于待測工(gong)件(jian)正下方，攝像系(xi)統垂直(zhi)于工(gong)件(jian)和(he)光源進行拍(pai)照。

主要應用：存在性檢測、計數、薄片邊(bian)緣檢測、透(tou)明(ming)體表面和(he)內部(bu)不透(tou)明(ming)異物(wu)或臟污檢測、透(tou)明(ming)體和(he)半透(tou)明(ming)體突變型和(he)部(bu)分漸(jian)變缺陷、鏤空打標檢測等。

優點：結(jie)構簡單(dan)，整體價格(ge)較低(di)，尺寸檢測效(xiao)果(guo)穩定可靠。一般情況下圖像只有黑白兩(liang)種區域，便于(yu)處(chu)理。相機正對光源拍攝(she)，亮度(du)容易滿足(zu)。

缺點：大部分在線檢測項目不方便使用；多層交疊不透(tou)明體會互相干(gan)擾；有一定厚度，帶倒角(jiao)、圓(yuan)角(jiao)的物體或者圓(yuan)柱體尺寸測量容易(yi)出現邊緣發虛現象(xiang)，結果會有偏差，如果測量精度要求很(hen)高，則可靠性(xing)不高。

應用(yong)技(ji)巧：光源面積(ji)(ji)夠用(yong)即可，面積(ji)(ji)過大(da)會(hui)影(ying)響邊緣效(xiao)果；光源距(ju)離(li)工件遠(yuan)(yuan)一(yi)些，效(xiao)果會(hui)在一(yi)定程度(du)上改善(shan)；使用(yong)物方遠(yuan)(yuan)心(xin)鏡頭(tou)，可以提高穩(wen)定性(xing)；圖像(xiang)亮度(du)不宜過曝(pu)，通常最亮部分的(de)灰度(du)值不大(da)于220。

2、平行背光源貫穿透射

結構(gou)描(miao)述：平行背光源(yuan)置于待測(ce)工件正(zheng)下方，攝(she)像系統垂直(zhi)于工件和(he)光源(yuan)進行拍照。

主要應用：產品邊(bian)緣(yuan)形狀導致的不適合使(shi)用漫射背光源的精確邊(bian)緣(yuan)檢測、定(ding)位(wei)和尺寸測量等項目。

優(you)點(dian)：光線平行性好，圖像效果(guo)極佳(jia)，測量(liang)精度高，準確(que)穩(wen)定。

缺(que)點：光源本(ben)身結(jie)構復(fu)雜，成本(ben)高(gao)(gao)、對其他配套硬件要(yao)求也比(bi)較高(gao)(gao)(例如需配合遠(yuan)心(xin)鏡(jing)頭使用等)、安裝調試要(yao)求高(gao)(gao)。

應用(yong)技巧(qiao)：光源與鏡頭必須調(diao)(diao)同軸，如果對不(bu)準，效(xiao)果很差，一旦對準，效(xiao)果極好。調(diao)(diao)好后穩妥固定，以免使用(yong)過程中(zhong)由于震動或不(bu)對稱外力長期影響而錯位。

漫(man)射光方向比較(jiao)散(san)亂(luan)，被瓶(ping)身折射后依然是雜(za)散(san)光，整體上比較(jiao)均勻，瓶(ping)子輪廓與背景對比不明顯。

平(ping)行光(guang)照射(she)情況下，邊緣區(qu)(qu)域將光(guang)線折射(she)到鏡頭入(ru)瞳之(zhi)外的(de)區(qu)(qu)域，顯(xian)示為黑(hei)色，與背景對比很明顯(xian)。

使用漫射背光(guang)測量，由于(yu)側部(bu)光(guang)線被(bei)反射進(jin)入鏡頭，會出現(xian)上圖所示的“發虛”現(xian)象(xiang)，過渡像(xiang)素(su)較多，無法(fa)滿(man)足高精度測量要求，影響測量的精度。

使用(yong)同(tong)樣大小的平行(xing)背(bei)光測量，全部光線方向統一(yi)，圖像邊緣很銳利，像素過度減少。同(tong)時配合遠(yuan)心鏡頭使用(yong)，可(ke)以提高成像穩定性(xing)和精(jing)度，也可(ke)進一(yi)步減少環境雜散光的干擾。

前光照明方式

1、低角度直射光應用

結構描述(shu)：低(di)(di)角(jiao)度照射，表面(mian)平整部位反(fan)光無法進(jin)入(ru)鏡頭，圖(tu)像亮度較(jiao)低(di)(di)；不平整部位反(fan)光進(jin)入(ru)鏡頭，圖(tu)像亮度較(jiao)高。

主要應用：表(biao)(biao)面劃傷檢測(ce)，打標字(zi)符(fu)(fu)檢測(ce)與識(shi)別，表(biao)(biao)面異物檢測(ce)，邊(bian)緣尺寸測(ce)量(liang)，定位，倒角測(ce)量(liang)，沖壓，澆鑄字(zi)符(fu)(fu)圖案檢測(ce)與識(shi)別等項目。

優點：便(bian)于(yu)安裝、效(xiao)果穩定。

缺點：透(tou)明物質(zhi)、表(biao)面劃傷邊緣起(qi)毛的效(xiao)果不明顯(xian)，有些情(qing)況下現(xian)場要求光源必須處于(yu)一定高度(du)之(zhi)上，影(ying)響效(xiao)果。

常用光(guang)(guang)源(yuan)：條形(xing)光(guang)(guang)、線形(xing)光(guang)(guang)、低角度環(huan)形(xing)光(guang)(guang)等。

低角度光源照射，圖像背景(jing)為黑色(se)，即暗場照明，可以顯現物(wu)體邊(bian)緣(yuan)倒角等45~60°的(de)坡(po)度信息，表面比較雜亂的(de)碰傷、劃傷、雕(diao)刻(ke)特(te)征也可以顯示出來。

2、高角度直射光應用

結構描述：高(gao)角度(du)照(zhao)射，表面平(ping)(ping)整部(bu)位反光(guang)比較容易進入鏡(jing)頭，圖像(xiang)亮度(du)較高(gao)；不(bu)(bu)平(ping)(ping)整部(bu)位反光(guang)雜亂，部(bu)分光(guang)線(xian)進入不(bu)(bu)到鏡(jing)頭，圖像(xiang)亮度(du)較低。

主要應用：表(biao)面細微劃(hua)傷檢(jian)測(ce)，打(da)標字符檢(jian)測(ce)與(yu)識(shi)別(bie)，表(biao)面異物檢(jian)測(ce)，邊緣尺寸(cun)測(ce)量(liang)，定位，沖壓(ya)，澆鑄字符圖案監測(ce)與(yu)識(shi)別(bie)等項目(mu)。

優點(dian)：效果明顯，細節清晰。

缺點：均勻性調節有一定難(nan)度(du)。

常用光源：高角(jiao)度環形(xing)光、條(tiao)形(xing)光、面光源、同軸光、點光。

高(gao)角度光源(yuan)照(zhao)射(she)，圖像背(bei)景為白色，即(ji)明場照(zhao)射(she)，可(ke)以顯(xian)現物體(ti)表面平整(zheng)區域(yu)的輪廓特征，表面比較雜亂的劃(hua)傷、階梯等特征也(ye)可(ke)以顯(xian)示出來(lai)，表面粗糙程(cheng)度不同或光反射(she)率不同的區域(yu)也(ye)會有(you)明顯(xian)差異。

折射光應用

結構描(miao)述：光(guang)(guang)源置于(yu)待(dai)檢物體(ti)下(xia)方(fang)或者(zhe)一(yi)側，直射光(guang)(guang)線(xian)(xian)經平(ping)整(zheng)表(biao)(biao)面垂直射入(ru)工(gong)件并從(cong)另一(yi)側射出(chu)。在(zai)平(ping)整(zheng)表(biao)(biao)面部(bu)分(fen)，透射光(guang)(guang)線(xian)(xian)沿著與入(ru)射光(guang)(guang)線(xian)(xian)一(yi)致(zhi)的(de)方(fang)向射出(chu)，不平(ping)整(zheng)表(biao)(biao)面部(bu)分(fen)的(de)透射光(guang)(guang)線(xian)(xian)則(ze)遵循折射定(ding)律與入(ru)射光(guang)(guang)線(xian)(xian)的(de)方(fang)向出(chu)現(xian)偏移；此(ci)時(shi)鏡頭(tou)主軸垂直工(gong)件表(biao)(biao)面，平(ping)整(zheng)部(bu)分(fen)將(jiang)(jiang)在(zai)圖像中呈(cheng)現(xian)為亮(liang)(liang)背(bei)景特征，而(er)不平(ping)整(zheng)部(bu)分(fen)則(ze)相反，將(jiang)(jiang)在(zai)明亮(liang)(liang)背(bei)景上呈(cheng)現(xian)為暗特征。

主要應用：透明物(wu)體表面(mian)細微劃傷檢(jian)(jian)測(ce)(ce)、形狀圖案識別與檢(jian)(jian)測(ce)(ce)、物(wu)體表面(mian)平整度(du)與厚度(du)均勻性檢(jian)(jian)測(ce)(ce)等。

優點：效果明顯，細節清晰，穩定性好。

缺點：有些(xie)情況下，結構安裝不方便(bian)。

常(chang)用光(guang)源：面(mian)光(guang)源、點陣光(guang)源、帶透(tou)明圖層面(mian)光(guang)源等(deng)。

散射光應用

直(zhi)射(she)(she)光(guang)(guang)從檢測目(mu)標單側(ce)照射(she)(she)，光(guang)(guang)線照射(she)(she)到(dao)微觀粗糙(cao)結構時發生散(san)射(she)(she)，沒有散(san)射(she)(she)的(de)(de)區(qu)域(yu)為(wei)暗場(chang)，在圖像(xiang)中亮度(du)比較低，發生散(san)射(she)(she)的(de)(de)區(qu)域(yu)亮度(du)比較高。

應用技(ji)巧：保證透(tou)射性能(neng)良好(hao)的情況(kuang)下(xia)，盡(jin)可(ke)能(neng)選擇波長比較(jiao)短的光源(yuan)。

主要應用：玻璃、塑料等透明(ming)物體細微劃傷檢(jian)(jian)測(ce)、表面激光(guang)雕刻字符識別與(yu)檢(jian)(jian)測(ce)、透明(ming)薄膜邊緣定位(wei)測(ce)量等項目。

優點：效果(guo)明顯，細節清晰。

難點：有些情況下，要求(qiu)檢測有效(xiao)距離比較(jiao)遠，對光源亮度(du)要求(qiu)比較(jiao)高。

常用光源(yuan)：線形光、條形光、點光等(大(da)多數情(qing)況下需特(te)制光源(yuan))。

顏色過濾與加強

與物體(ti)表面(mian)自然色相(xiang)(xiang)同或相(xiang)(xiang)近顏色的光照射(she)到物體(ti)上之(zhi)后，反(fan)(fan)射(she)率(lv)比較(jiao)高；對比色照射(she)，則反(fan)(fan)射(she)率(lv)較(jiao)低。利用這一原理，可以實現(xian)加強圖(tu)像(xiang)效果、過濾背(bei)景(jing)干(gan)擾的目的。

右圖為啤酒瓶(ping)蓋子，檢測目標是上面的噴碼，每種蓋子會有不(bu)同的背景(jing)色(se)(se)(se)和圖樣(yang)，如第(di)一幅所(suo)示，第(di)二幅和第(di)三幅所(suo)使用蓋子為藍色(se)(se)(se)和綠色(se)(se)(se)背景(jing)。選(xuan)擇(ze)和背景(jing)顏(yan)色(se)(se)(se)一致(zhi)的光源照射，即可(ke)獲得圖中的效果(guo)，背景(jing)被(bei)過濾掉或(huo)者大幅削弱，字符(fu)檢測和識(shi)別不(bu)再受干擾。

如何選擇/設計視覺光源照明方案

1、基本思路

光照射到物體表(biao)面之(zhi)后，會發(fa)生一系列光學(xue)現象，主要包括鏡面反射、漫反射、表(biao)面散(san)射、折射、背散(san)射、透射、背反射、色散(san)等(deng)。還有一部分(fen)光被(bei)物體吸收，各種情況發(fa)生的條件由物體表(biao)面的形狀、微(wei)觀結構、顏色、化學(xue)成分(fen)等(deng)客觀條件決定。

不同的(de)(de)表面(mian)發(fa)生各種(zhong)光學現象的(de)(de)差異很(hen)大(da)，例如鍍膜良好(hao)的(de)(de)鏡子(zi)表面(mian)，光照射(she)(she)之后(hou)幾乎全部被反(fan)射(she)(she)，也(ye)就是(shi)鏡面(mian)反(fan)射(she)(she)占(zhan)了最主(zhu)要(yao)的(de)(de)成分；光線接近垂直(zhi)照射(she)(she)到玻璃上之后(hou)，幾乎全部穿透，從另一面(mian)發(fa)射(she)(she)出去，這(zhe)種(zhong)情(qing)況下(xia)透射(she)(she)占(zhan)了最主(zhu)要(yao)的(de)(de)成分；黑色粗糙表面(mian)，基本沒有光反(fan)射(she)(she)或者透射(she)(she)，幾乎全部光會被吸收掉(diao)。

除此之外，光(guang)學效果(guo)還取決于光(guang)源的發光(guang)方式(shi)和照射(she)方式(shi)，例(li)如漫射(she)光(guang)均勻照射(she)可以消(xiao)除物體(ti)表面不平(ping)(ping)整(zheng)造成的差(cha)異。而平(ping)(ping)行光(guang)照射(she)則恰好相反，能夠突出物體(ti)表面不平(ping)(ping)整(zheng)的特征(zheng)。

因此想(xiang)得到預期效果，需要(yao)選擇合適的(de)光源和恰當的(de)照射(she)方(fang)式(shi)。

2、選光源的一般過程

了解項(xiang)目需求，明確要檢(jian)測或者測量的目標(biao)；

分析目標(biao)與背(bei)景(jing)的(de)區別，找(zhao)出兩者(zhe)之(zhi)間成像差異最大的(de)光學(xue)現(xian)象；

根據(ju)光(guang)源與目標之間的(de)(de)配(pei)合關系，初(chu)步(bu)確定光(guang)源的(de)(de)發光(guang)類(lei)型及(ji)顏色；

拿實(shi)際光源(yuan)測試，以(yi)確定(ding)滿(man)足要求(qiu)的打(da)光方式；

根據具體情況，確定適用客戶的產品。深圳市雙翌光電科技有限公司作為(wei)一家以(yi)機器視覺為(wei)技(ji)(ji)術(shu)核心，自主技(ji)(ji)術(shu)研究與應用拓展為(wei)導向的(de)高(gao)科(ke)技(ji)(ji)企(qi)業(ye)，在(zai)不斷開發制(zhi)造更(geng)新(xin)、更(geng)可(ke)靠的(de)產(chan)品(pin)，以(yi)滿足各行業(ye)的(de)需求。除(chu)高(gao)品(pin)質的(de)產(chan)品(pin)外，在(zai)技(ji)(ji)術(shu)上訓(xun)練(lian)有素的(de)雙(shuang)翌(yi)光電(dian)科(ke)技(ji)(ji)（深圳）有限(xian)公司銷(xiao)售隊伍還提供(gong)全方(fang)位(wei)的(de)服務，從解決應用問題、技(ji)(ji)術(shu)銷(xiao)售支持(chi)到對用戶的(de)要(yao)求做出快速反應。雙(shuang)翌(yi)光電(dian)科(ke)技(ji)(ji)（深圳）有限(xian)公司一直致力(li)于支持(chi)廣(guang)大用戶，并協助他們成(cheng)為(wei)其行業(ye)中的(de)佼佼者。