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    機器視覺如何選擇合適的照明光源

    文章出處:蘇州詮泰智能裝備有限公司   責任編輯:固睿特   發布時間:2019-07-18 16:52:03    點擊數:   
    機器視覺系統中的照明系統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。在聽了一位日本光源專家的講座之前,我其實對照明并不太了解,不就是將圖像照亮以至于相機能夠拍到圖像嗎?但事實并非如此,照明遠非增強圖像亮度這樣簡單,好的照明系統可以減少很多圖像處理工作,提升整個機器視覺系統效率。那么照明是怎樣一門學問呢?如何在機器視覺系統中選擇合適的照明系統呢?
     
    合適的照明是機器視覺應用成功的關鍵,而且是第一要考慮的部分。一個設計良好的照明系統不僅會帶來更好的性能,節約時間,而且從長遠來看能節約成本。下面來分享選擇最合適機器視覺照明的八個小技巧,它們是:
     
    (1) 檢測材料缺損請使用亮度高的光;
     
    (2) 精確定位請使用合適波長的光;
     
    (3) 檢測玻璃上的刮痕請使用非漫射的光,即Non-Diffused Light;
     
    (4) 檢測透明包裝請使用漫射光,即Diffused Light;
     
    (5) 創造對比請使用顏色光;
     
    (6) 檢測快速移動物體請使用頻閃光;
     
    (7) 消除反射時請使用紅外光;
     
    (8) 消除顏色變化請使用紅外光;
     
    照明是怎樣影響機器視覺應用的呢?
     
    對于將質量最為輸出的機器視覺系統依賴于圖像質量。高質量的圖像使得系統能夠精確地解釋出從檢測物體中提取的信息,這樣就可以產生可靠的并可重復的系統性能。在任何視覺應用中需要的圖像質量很大程度上取決于照明條件:顏色,角度和使用照明對象的光源數量意味著好圖像之間的差異,有可能會產生更好的性能,也會帶來質量差的圖像,產生不好的結果。
     
    機器視覺照明應該最大化特征對比,同時最小化其它剩下的對比度,因此讓相機清晰看到部分或標記。高對比度特征簡化集成和提高可靠性;對比度差的圖像和不規則的照明需要來自系統的更多努力,而且也增加了處理時間。最優的照明取決于檢測物體的尺寸,它的表面特征和部分幾何特征和系統需求。具有寬范圍的波長(顏色),視場(尺寸),對于特殊應用需要,就可以靈活的選擇機器視覺照明。
     
    當選擇照明時需要考慮以下五個方面:
     
    1. 表面是光滑,還是崎嶇不平?
     
    2. 表面是暗淡,還是光亮?
     
    3. 對象是彎曲的,還是平坦的?
     
    4. 條碼或標記的顏色是怎樣的?
     
    5. 是檢測移動的物體,還是靜止的對象?
     
    技巧1:使用亮光去檢測材料缺損
     
    比如在塑料澆注中驗證是否不足
     
    從塑料澆注應用中驗證材料缺損對于確保良好的密封表面是重要的。當有材料缺損時,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:亮場
     
    亮場照明技術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,創立一個亮區域。粗糙紋理或表面缺損會將光線散射而遠離相機,創立了暗區域。
     
    技巧2:對于精確組件定位使用合適的波長
     
    比如檢測倒裝芯片(Flipped Chips),在PCB裝配中驗證合適的零件方向是常見的機器視覺應用。
     
    照明技術:亮場
     
    為了驗證裝配問題,使用藍光波長的打亮芯片方位。這個照明技術依靠波長和同軸照明幾何。藍色波長(460 納米)能很好地區分銀質和銅質表面:銅吸收藍光呈現出暗場,銀反射藍光呈現亮場。同軸照明幾何消除錯誤反射:不想要的耀眼點,反射和暗點。
     
    技巧3:在玻璃中檢測裂痕使用非漫射光
     
    比如檢測玻璃容器上的裂痕
     
    照明技術:暗場
     
    在這個應用當中,用暗場照明來創立一個明亮的,在暗背景下容易檢測的感興趣特征。在一個暗場區域中光線直接通過透明的瓶子。大多數穿透透明對象的光線不會被相機檢測到。如果材料不規則,比如有裂紋,一些光線就會凸顯出這個不規則。特別是劃痕創立了一個內部空缺,這里光線折射和反射,以許多角度散射包括返回給相機。這些光線將很難檢測的劃痕轉換到暗背景下的亮特征。
     
    技巧4:檢測透明包裝使用漫射光
     
    比如驗證吸塑包裝的內容
     
    照明技術:連續漫射
     
    連續的漫射照明技術不強調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象上,因此消除了反射和典型的非方向性或單個光源產生的陰影。
     
     
    技巧5: 使用顏色創造對比度
     
    在機器視覺應用中創造一個高對比度圖像的一個有用的方法是用特殊波長(彩色)的光照明物體。對于黑白相機來講,光的波長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,選擇一個相反顏色的光來使得特征變暗;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更亮;
     
    3. 記住鋁上刻印在紅光和藍光下的區別。
     
    技巧6: 針對快速移動的物體使用頻閃光
     
    當物體快速移動成像是模糊時,就需要使用頻閃光。頻閃寬度 = 視場÷ 像素/移動速度
     
    技巧7: 消除反射使用紅外光
     
    機器視覺系統依靠數字圖像中的灰度級轉化。在許多視覺應用當中,環境光帶來了不想要的亮反射,這樣使得檢測感興趣特征變得困難或不可能。紅外光就能解決這個問題。
     
    技巧8:使用紅外光消除顏色差異
     
    紅外光能用于在彩色對象之間消除灰度差別。暗對象吸收紅外波長,創造出一致性,而其它則呈現陰影。這個照明方案有利于檢測顏色或陰影變化的非一致性。

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