淺談機(jī)器視覺(jué)解決方案的的三個(gè)核心

正確的照明設(shè)計(jì)對(duì)于確保機(jī)器視覺(jué)項(xiàng)目的成功至關(guān)重要。忽視這一點(diǎn)是機(jī)器視覺(jué)項(xiàng)目失敗的最常見(jiàn)原因之一。

機(jī)器視覺(jué)照明是一個(gè)廣泛的話題，但這一篇簡(jiǎn)短的文章可能會(huì)對(duì)你有用，因?yàn)橐恍┖诵母拍畈⒉粡V為人知。有人說(shuō)如果你不能簡(jiǎn)單地解釋它，就說(shuō)明你還不夠了解它，因此我們將努力省略令人繁瑣的數(shù)學(xué)和術(shù)語(yǔ)，用最簡(jiǎn)單的三個(gè)核心來(lái)描述。 我們將從三個(gè)核心陳述開(kāi)始： 機(jī)器視覺(jué)照明的使命不是照亮它，而是創(chuàng)造可靠的差異化，使預(yù)期的檢測(cè)程序能夠發(fā)揮作用。對(duì)于傳統(tǒng)的基于規(guī)則的機(jī)器視覺(jué)（相對(duì)于深度學(xué)習(xí)），創(chuàng)建的差異通常也需要是簡(jiǎn)單規(guī)則類(lèi)型。

機(jī)器視覺(jué)照明設(shè)計(jì)不僅僅與光源有關(guān)，它是光源、相機(jī)或成像系統(tǒng)與工件之間的三向幾何關(guān)系。選擇相機(jī)或工件的位置和方向通常是照明設(shè)計(jì)的一部分，而這三項(xiàng)之間的幾何關(guān)系始終是照明設(shè)計(jì)的一部分。

正確的照明設(shè)計(jì)對(duì)于確保機(jī)器視覺(jué)項(xiàng)目的成功至關(guān)重要。這句話它看起來(lái)非常的常規(guī)和陳詞濫調(diào)；但是忽視這一點(diǎn)是機(jī)器視覺(jué)項(xiàng)目失敗的最常見(jiàn)原因之一。 讓我們通過(guò)將討論范圍縮小到2D成像和傳統(tǒng)的基于規(guī)則（與深度學(xué)習(xí)）的機(jī)器視覺(jué)來(lái)簡(jiǎn)化我們的討論。 您已經(jīng)直觀地了解機(jī)器視覺(jué)照明設(shè)計(jì)的一些主要概念，即使您不認(rèn)識(shí)它們或?qū)⑺鼈儜?yīng)用到機(jī)器視覺(jué)中。讓我們來(lái)看看如何識(shí)別和描述它們，以便將它們應(yīng)用于機(jī)器視覺(jué)解決方案。

圖 1 對(duì)于我們的示例，我們將使用圖 1 中所示的光面印刷品。我們還引入了一個(gè)缺陷：穿過(guò)色輪的黃色和橙黃色部分的折痕/凹痕。STAR 首字母縮寫(xiě)詞涵蓋了射到工件上的光線的四種主要命運(yùn)（散射、透射、吸收、反射）。理解和使用這些行為是機(jī)器視覺(jué)照明設(shè)計(jì)的核心。散射和反射是我們關(guān)心的，如圖 2 所示。

圖 2 光亮表面的平坦部分使部分光束以與入射角相同的角度沿相反方向反射。反射光束非常強(qiáng)烈。閃亮的表面有點(diǎn)像鏡子。如果您將眼睛放在光束中并觀察表面，您會(huì)看到光源的圖像而不是產(chǎn)品的圖像。一個(gè)常見(jiàn)的名詞是眩光。 光照下的暗色卡將光轉(zhuǎn)換成工件該部分的任何顏色，并將其散射到各個(gè)方向。

在任何給定的接收點(diǎn)接收的到的散射光，都比來(lái)自該點(diǎn)的反射光弱得多。 第一個(gè)檢查任務(wù)是測(cè)量我們放入色輪上的部分的折痕/凹痕的大致長(zhǎng)度，看它是否嚴(yán)重到足以拒絕產(chǎn)品。雖然按照大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，圖 1 所用的照明效果不錯(cuò)，但對(duì)于此任務(wù)而言，它可能是最差的照明效果；它使凹痕完全不可見(jiàn)。但是，如果我們將卡片交給您，您將直觀地知道如何創(chuàng)建合適的照明解決方案來(lái)完成任務(wù)。您可以在具有較大發(fā)射面積的房間中選擇一個(gè)光源，例如 2' x 4' 的漫射天花板燈或讓明亮的光線從外部進(jìn)入的窗戶(hù)。

將卡片平放，您可以看到其上光源發(fā)出的眩光，然后對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，使眩光覆蓋整個(gè)感興趣區(qū)域。這種調(diào)整創(chuàng)造了“簡(jiǎn)單規(guī)則”的差異化。該規(guī)則是，“好的地方亮，壞的地方暗?！蹦囊暰€圖片將類(lèi)似于圖 3，其中眩光覆蓋了整個(gè)圖像。從那里，你的大腦或機(jī)器視覺(jué)程序可以很容易地通過(guò)亮度/暗度來(lái)區(qū)分缺陷并對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。眩光區(qū)域稱(chēng)為鏡面照明解決方案。

圖 3 您可能選擇了最佳方法來(lái)為凹痕創(chuàng)建可靠、簡(jiǎn)單的規(guī)則區(qū)分，但還有其他方法。一種可能是以如此低的角度引入光線，以至于凹痕會(huì)為其內(nèi)部區(qū)域產(chǎn)生陰影。這種效果是術(shù)語(yǔ)“暗場(chǎng)”的眾多含義之一。另一種方法是將您的眼睛/相機(jī)放置在平坦表面不會(huì)產(chǎn)生眩光的位置，并依靠凹痕內(nèi)的閃亮部分以正確的角度為您提供明亮的鏡面反射（圖 4）。

圖 4 第二個(gè)任務(wù)是測(cè)量和驗(yàn)證黃色部分的面積。

為此，我們需要將黃色部分與其相鄰部分分開(kāi)。提前考慮，您將使用顏色分析軟件工具來(lái)做到這一點(diǎn)。在隨意的隨機(jī)光線下，工件的某些區(qū)域會(huì)出現(xiàn)眩光。請(qǐng)注意圖 3 中眩光區(qū)域中的顏色是如何難以看清的，這將導(dǎo)致機(jī)器視覺(jué)解決方案不夠穩(wěn)健。如果將卡片交給您，您會(huì)通過(guò)移動(dòng)卡片直觀地創(chuàng)建適當(dāng)?shù)恼彰鹘鉀Q方案，使感興趣區(qū)域沒(méi)有眩光，使其看起來(lái)如圖 1 所示。然后您的機(jī)器視覺(jué)相機(jī)和軟件可以輕松分離、測(cè)量并驗(yàn)證黃色區(qū)域。

以下是從該過(guò)程中學(xué)到的另外三個(gè)技巧： 1.與機(jī)器視覺(jué)過(guò)程的常見(jiàn)情況一樣，設(shè)計(jì)從較晚的階段開(kāi)始，然后從那里倒退。這并不意味著預(yù)先設(shè)計(jì)整個(gè)程序。它確實(shí)意味著選擇利用照明解決方案的程序的核心方法。對(duì)于我們的示例，這些是按顏色或亮度/暗度區(qū)分的軟件工具。 2.在我們的主要解決方案中，我們并沒(méi)有完全看到凹痕。我們看到的是一個(gè)缺少平面鏡面反射的區(qū)域。 3.光源的性質(zhì)最重要的是它的發(fā)射區(qū)域，即發(fā)光區(qū)域的幾何形狀。

平坦的表面使我們的顏色識(shí)別任務(wù)變得簡(jiǎn)單。表面都處于相同的角度，因此避免眩光更簡(jiǎn)單，而且平坦的表面不會(huì)在自身上產(chǎn)生陰影。對(duì)于更復(fù)雜的形狀，這兩種影響變得更難避免。一種技術(shù)是使用極其漫射的光源，從各個(gè)方向提供低水平的光。一個(gè)典型的例子是尺寸和位置合適的頂燈。它的表現(xiàn)就像外面的陰天，那里沒(méi)有來(lái)自太陽(yáng)的直射光，每一片天空都是一片被照亮的云（低級(jí)光源）。 人們憑直覺(jué)知道如何做的事情，他們往往不知道如何應(yīng)用到機(jī)器視覺(jué)中。一位客戶(hù)在讀取光滑表面上的字符時(shí)遇到了問(wèn)題，并尋求額外的機(jī)器視覺(jué)軟件培訓(xùn)課程來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。我們看到了圖像并重現(xiàn)了這個(gè)問(wèn)題，有人認(rèn)為在相機(jī)上放一個(gè)環(huán)形燈是點(diǎn)亮它的好方法，這與任務(wù)所需的完全相反。我們關(guān)掉燈，把五金店的手電筒放在正確的地方，他們兩年的問(wèn)題就解決了。這進(jìn)一步加強(qiáng)了將基本原則應(yīng)用于照明設(shè)計(jì)的重要性。希望本文對(duì)大家提供了有用的介紹。 ?

編輯：黃飛