光源及照明系統(tǒng)在機(jī)器視覺運(yùn)用

照明是影響機(jī)器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，因?yàn)樗苯佑绊戄斎霐?shù)據(jù)的質(zhì)量和至少30%的應(yīng)用效果。由于沒有通用的機(jī)器視覺照明設(shè)備，所以針對每個特定的應(yīng)用實(shí)例，要選擇相應(yīng)的照明裝置，以達(dá)到最佳效果。下面主要針對機(jī)器視覺系統(tǒng)光源這一部分向大家闡述目前機(jī)器視覺普遍采用光源及照明系統(tǒng)相關(guān)知識。

過去，許多工業(yè)用的機(jī)器視覺系統(tǒng)用可見光作為光源，這主要是因?yàn)榭梢姽馊菀撰@得，價格低，并且便于操作。常用的幾種可見光源是白幟燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈。但是，這些光源的一個最大缺點(diǎn)是光能不能保持穩(wěn)定。以日光燈為例，在使用的第一個100小時內(nèi)，光能將下降15%，隨著使用時間的增加，光能將不斷下降。因此，如何使光能在一定的程度上保持穩(wěn)定，是實(shí)用化過程中急需要解決的問題。 另一個方面，環(huán)境光將改變這些光源照射到物體上的總光能，使輸出的圖像數(shù)據(jù)存在噪聲，一般采用加防護(hù)屏的方法，減少環(huán)境光的影響。

 

由于存在上述問題，在現(xiàn)今的工業(yè)應(yīng)用中，對于某些要求高的視覺檢測任務(wù)，常采用X射線、超聲波等不可見光作為光源。但是不可見光不利于機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)的操作，且價格較高，所以，目前在實(shí)際應(yīng)用中，仍多用可見光作為光源。

照明系統(tǒng)按其照射方法可分為：背向照明、前向照明、結(jié)構(gòu)光和頻閃光照明等。其中，背向照明是被測物放在光源和高速相機(jī)之間，它的優(yōu)點(diǎn)是能獲得高對比度的圖像。前向照明是光源和高速相機(jī)位于被測物的同側(cè)，這種方式便于安裝。結(jié)構(gòu)光照明是將光柵或線光源等投射到被測物上，根據(jù)它們產(chǎn)生的畸變，解調(diào)出被測物的三維信息。頻閃光照明是將高頻率的光脈沖照射到物體上，照像機(jī)拍攝要求與光源同步。

機(jī)構(gòu)光

對于鏡頭的選擇已經(jīng)有了一套非常成熟的設(shè)計(jì)規(guī)則，而光規(guī)則相對較少。一個事物要成像，光必須從光源發(fā)出，在物體表面反射后再被鏡頭收集。如果光源中不包含所需要的光線，那么此光線就不會成為像的一部分。 以現(xiàn)今的經(jīng)驗(yàn)，我們可以直接運(yùn)用環(huán)境光來進(jìn)行觀察。在機(jī)器視覺應(yīng)用中，我們需要以一種可控制的方式給出光源，以達(dá)到精確得到我們所需要的特性并盡量減少干擾特性的目的。而自然光是危險的，因?yàn)樗赡艹龊跻饬系陌l(fā)生變化。

在一個系統(tǒng)中最好把視覺光學(xué)和成像光學(xué)結(jié)合在一起。光源應(yīng)該包括作鏡頭能收集到的所有光線，這些光線將作為像的一部分。與此同時，它還不應(yīng)該包括像中所不需要的光線，例如那些落在鏡頭視角以外的光線。這些多余的光線只能加大照明度而這就降低了對比度。如果光學(xué)原理和成像器件不結(jié)合在一起，他們之間的匹配將很難獲得。

光系統(tǒng)是機(jī)器視覺光學(xué)設(shè)計(jì)中最難的部分，需要更多的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)。鏡頭必須能處理進(jìn)入其視場內(nèi)并在可接受角度的所有光線，即使光線很少。光源必須含有較豐富的光線，它必須能為被測體提供所需的光線，它可能要覆蓋一個很大立體角。因此，雖然光源與鏡頭和高速相機(jī)相比占預(yù)算較小的一部分，但對整個視覺檢測影響重大。