光源照明的設(shè)計(jì)原則及注意事項(xiàng)

　照明的目的是增強(qiáng)對比度。在一幅機(jī)器視覺的圖像中，對比度代表著圖像信號的質(zhì)量，它反應(yīng)了兩個(gè)區(qū)域間的差別，比如物體和背景的差別。因此，設(shè)計(jì)光源照明的第一步是確定區(qū)域間的不同，然后用光源來突出這些不同之處。

　　1  光源照明設(shè)計(jì)的基本因素

　　主要有4個(gè)基本因素要重點(diǎn)考慮：

　　1.1 鏡頭的視場

　　在照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)被測對象的尺寸確定鏡頭的視場。而后，再根據(jù)鏡頭視場的大小決定最佳的照明系統(tǒng)。

　　1.2 照明系統(tǒng)與工件的間距

　　在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，需全面的了解鏡頭到工作的距離，照明系統(tǒng)到工件的距離，從而確定光源與工件的距離。

　　1.3 工件的外形、條件和顏色

　　照明的選擇是由工件表面的形狀、平坦度、光滑程度等條件決定的。最佳的照明顏色（紅、蘭、綠、白）可通過檢測工作或被檢測區(qū)域的顏色來決定。

　　1.4 成像物鏡

　　一般情況下，應(yīng)針對確定的成像物鏡進(jìn)行照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為：工件中需要可視化的部分、劃痕、缺陷等是否被顯現(xiàn)出來，工件表面上的印紋是否能夠辨認(rèn)等。

　　2  突顯不同區(qū)域的方法

　　2.1 反射系數(shù)

　　從物體反射出的光量是可以度量的。有兩種不同的反射方法：

　　a） 鏡面反射：入射角等于出射角。

　　b） 漫反射：由于物體表面不平，出射光方向各異。

　　2.2 顏色

　　也就是光譜分布，我們從三個(gè)角度來衡量顏色：

　　a） 波長：比如綠光的波長為550nm。

　　b） 兩種或兩種以上光波的混合比：混合的目的是為了產(chǎn)生另一種光。比如黃光（波長620nm）和藍(lán)光（波長480nm）混合在一起便會成為綠光，然而實(shí)際上，光譜的分布中并沒有綠光的分布。

　　c） 補(bǔ)色：從白光中移除的那部分光與剩余的光互為補(bǔ)色光。比如，白色金屬鐵和黃色金屬金顏色不同并不是金反射的黃光比鐵多，而是反射的藍(lán)光比鐵少。白光中去除藍(lán)光即為黃光。

　2.3 光密度

　　由于不同物體材料、厚度和化學(xué)性質(zhì)不同，所以投射光的數(shù)量和強(qiáng)度也不同。光密度會在整個(gè)光譜范圍不同，或者只在某一個(gè)范圍不同。一般來說，背光是鑒別光密度不同的最好方法。

　　2.4 折射

　　不同透明物質(zhì)折射率不同，所以它們會以不同的方式影響光的傳播。比如，空氣氣泡混合在玻璃里面，當(dāng)光線直射時(shí)，會出現(xiàn)或明或暗的氣泡邊緣。

　　2.5 紋理

　　物體表面紋理有些是可辨識的，有些是過于微小無法處理的，但是它會影響光線的反射。有些情況下，紋理非常重要，必須用光源來突出它；而另外一些情況下，紋理則相當(dāng)于噪聲，必須用光源來突出其它而弱化紋理。

　　2.6 深度

　　用直射光可以突出物體的深度（影子效應(yīng)），而散射光則可以弱化物體的深度。

　　2.7 表面曲向

　　由于曲率的不同，表面各處呈現(xiàn)的特性不一樣。折射光往往會突出這些特性，而散射光會削弱這些特性。

　　3  照明技術(shù)

　　3.1 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。

　　3.2 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。

　　3.3 同軸照明

　　同軸照明是與攝像頭的軸向有相同的方向的光照射到物體的表面。同軸照明使用一種特殊的半反射鏡面反射光源到攝像頭的透鏡軸方向。半反射鏡面只讓從物體表面反射垂直于透鏡的光源通過。同軸照明技術(shù)對于實(shí)現(xiàn)扁平物體且有鏡面特征的表面的均勻照明很有用。此外此技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)使表面角度變化部分高亮，因?yàn)椴淮怪庇跀z像頭鏡頭的表面反射的光不會進(jìn)入鏡頭，從而造成表面較暗。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。

　　3.4 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。

　　3.5 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)。