最合適機(jī)器視覺(jué)照明的八個(gè)小技巧

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的照明系統(tǒng)是極其重要的一部分，它的好壞直接影響著后面的圖像處理。在聽(tīng)了一位日本光源專家的講座之前，我其實(shí)對(duì)照明并不太了解，不就是將圖像照亮以至于相機(jī)能夠拍到圖像嗎？但事實(shí)并非如此，照明遠(yuǎn)非增強(qiáng)圖像亮度這樣簡(jiǎn)單，好的照明系統(tǒng)可以減少很多圖像處理工作，提升整個(gè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)效率。那么照明是怎樣一門學(xué)問(wèn)呢？如何在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中選擇合適的照明系統(tǒng)呢？

合適的照明是機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用成功的關(guān)鍵，而且是第一要考慮的部分。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的照明系統(tǒng)不僅會(huì)帶來(lái)更好的性能，節(jié)約時(shí)間，而且從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看能節(jié)約成本。下面來(lái)分享選擇最合適機(jī)器視覺(jué)照明的八個(gè)小技巧，它們是：

（1） 檢測(cè)材料缺損請(qǐng)使用亮度高的光；

（2） 精確定位請(qǐng)使用合適波長(zhǎng)的光；

（3） 檢測(cè)玻璃上的刮痕請(qǐng)使用非漫射的光，即Non-Diffused Light；

（4） 檢測(cè)透明包裝請(qǐng)使用漫射光，即Diffused Light；

（5） 創(chuàng)造對(duì)比請(qǐng)使用顏色光；

（6） 檢測(cè)快速移動(dòng)物體請(qǐng)使用頻閃光；

（7） 消除反射時(shí)請(qǐng)使用紅外光；

（8） 消除顏色變化請(qǐng)使用紅外光；

照明是怎樣影響機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的呢？

對(duì)于將質(zhì)量最為輸出的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)依賴于圖像質(zhì)量。高質(zhì)量的圖像使得系統(tǒng)能夠精確地解釋出從檢測(cè)物體中提取的信息，這樣就可以產(chǎn)生可靠的并可重復(fù)的系統(tǒng)性能。在任何視覺(jué)應(yīng)用中需要的圖像質(zhì)量很大程度上取決于照明條件：顏色，角度和使用照明對(duì)象的光源數(shù)量意味著好圖像之間的差異，有可能會(huì)產(chǎn)生更好的性能，也會(huì)帶來(lái)質(zhì)量差的圖像，產(chǎn)生不好的結(jié)果。

機(jī)器視覺(jué)照明應(yīng)該最大化特征對(duì)比，同時(shí)最小化其它剩下的對(duì)比度，因此讓相機(jī)清晰看到部分或標(biāo)記。高對(duì)比度特征簡(jiǎn)化集成和提高可靠性；對(duì)比度差的圖像和不規(guī)則的照明需要來(lái)自系統(tǒng)的更多努力，而且也增加了處理時(shí)間。最優(yōu)的照明取決于檢測(cè)物體的尺寸，它的表面特征和部分幾何特征和系統(tǒng)需求。具有寬范圍的波長(zhǎng)（顏色），視場(chǎng)（尺寸），對(duì)于特殊應(yīng)用需要，就可以靈活的選擇機(jī)器視覺(jué)照明。

當(dāng)選擇照明時(shí)需要考慮以下五個(gè)方面：

1. 表面是光滑，還是崎嶇不平？

2. 表面是暗淡，還是光亮？

3. 對(duì)象是彎曲的，還是平坦的？

4. 條碼或標(biāo)記的顏色是怎樣的？

5. 是檢測(cè)移動(dòng)的物體，還是靜止的對(duì)象？

技巧1：使用亮光去檢測(cè)材料缺損

比如在塑料澆注中驗(yàn)證是否不足

從塑料澆注應(yīng)用中驗(yàn)證材料缺損對(duì)于確保良好的密封表面是重要的。當(dāng)有材料缺損時(shí)，你有了不足的條件（比如澆注到模型中的材料不充分）。

照明技術(shù)：亮場(chǎng)

亮場(chǎng)照明技術(shù)依賴表面紋理和平坦地形。光線遇到平坦反光的表面將光線反射回到相機(jī)，創(chuàng)立一個(gè)亮區(qū)域。粗糙紋理或表面缺損會(huì)將光線散射而遠(yuǎn)離相機(jī)，創(chuàng)立了暗區(qū)域。

技巧2：對(duì)于精確組件定位使用合適的波長(zhǎng)

比如檢測(cè)倒裝芯片（Flipped Chips），在PCB裝配中驗(yàn)證合適的零件方向是常見(jiàn)的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用。

照明技術(shù)：亮場(chǎng)

為了驗(yàn)證裝配問(wèn)題，使用藍(lán)光波長(zhǎng)的打亮芯片方位。這個(gè)照明技術(shù)依靠波長(zhǎng)和同軸照明幾何。藍(lán)色波長(zhǎng)（460 納米）能很好地區(qū)分銀質(zhì)和銅質(zhì)表面：銅吸收藍(lán)光呈現(xiàn)出暗場(chǎng)，銀反射藍(lán)光呈現(xiàn)亮場(chǎng)。同軸照明幾何消除錯(cuò)誤反射：不想要的耀眼點(diǎn)，反射和暗點(diǎn)。

技巧3：在玻璃中檢測(cè)裂痕使用非漫射光

比如檢測(cè)玻璃容器上的裂痕

照明技術(shù)：暗場(chǎng)

在這個(gè)應(yīng)用當(dāng)中，用暗場(chǎng)照明來(lái)創(chuàng)立一個(gè)明亮的，在暗背景下容易檢測(cè)的感興趣特征。在一個(gè)暗場(chǎng)區(qū)域中光線直接通過(guò)透明的瓶子。大多數(shù)穿透透明對(duì)象的光線不會(huì)被相機(jī)檢測(cè)到。如果材料不規(guī)則，比如有裂紋，一些光線就會(huì)凸顯出這個(gè)不規(guī)則。特別是劃痕創(chuàng)立了一個(gè)內(nèi)部空缺，這里光線折射和反射，以許多角度散射包括返回給相機(jī)。這些光線將很難檢測(cè)的劃痕轉(zhuǎn)換到暗背景下的亮特征。

技巧4：檢測(cè)透明包裝使用漫射光

比如驗(yàn)證吸塑包裝的內(nèi)容

照明技術(shù)：連續(xù)漫射

連續(xù)的漫射照明技術(shù)不強(qiáng)調(diào)表面紋理和升高中的變化。它提供了非常大的固定照明角度，從多角度讓光線找到對(duì)象上，因此消除了反射和典型的非方向性或單個(gè)光源產(chǎn)生的陰影。

技巧5：使用顏色創(chuàng)造對(duì)比度

在機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用中創(chuàng)造一個(gè)高對(duì)比度圖像的一個(gè)有用的方法是用特殊波長(zhǎng)（彩色）的光照明物體。對(duì)于黑白相機(jī)來(lái)講，光的波長(zhǎng)能使得跟彩色一樣的特征變亮或變暗。使用彩色輪子作為參考，選擇一個(gè)相反顏色的光來(lái)使得特征變暗；或選相同顏色的光使得特征變亮。例如：

1. 如果你想變暗的特征是紅色，則使用綠光；

2. 使用綠光能使得綠色特征呈現(xiàn)更亮；

3. 記住鋁上刻印在紅光和藍(lán)光下的區(qū)別。

技巧6：針對(duì)快速移動(dòng)的物體使用頻閃光

當(dāng)物體快速移動(dòng)成像是模糊時(shí)，就需要使用頻閃光。頻閃寬度 = 視場(chǎng)÷ 像素/移動(dòng)速度

技巧7：消除反射使用紅外光

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)依靠數(shù)字圖像中的灰度級(jí)轉(zhuǎn)化。在許多視覺(jué)應(yīng)用當(dāng)中，環(huán)境光帶來(lái)了不想要的亮反射，這樣使得檢測(cè)感興趣特征變得困難或不可能。紅外光就能解決這個(gè)問(wèn)題。

技巧8：使用紅外光消除顏色差異

紅外光能用于在彩色對(duì)象之間消除灰度差別。暗對(duì)象吸收紅外波長(zhǎng)，創(chuàng)造出一致性，而其它則呈現(xiàn)陰影。這個(gè)照明方案有利于檢測(cè)顏色或陰影變化的非一致性。

為自己的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)選擇合適的照明方案，需要從多方面來(lái)考慮，從這些小技巧中選擇可取的，結(jié)合到自己的系統(tǒng)特點(diǎn)中去，相信會(huì)事半功倍！照明學(xué)問(wèn)很大，需要一步步學(xué)習(xí)~！

審核編輯 ：李倩