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工业机器人系统技术应用知识点28:机器视觉系统光源的选型

发布时间:2025-05-10 03:38:14 人气: 来源:bob平台官网入口

  机器视觉系统的核心是图像的采集和处理。在机器视觉系统中,所有信息均来源于图像,因此图像质量对整个视觉系统至关重要。合适的光源能够突出被观察特征与背景的差异,形成有利于图像处理的成像效果,克服环境光的干扰,进而保证图片的稳定性和连续性。

  对比度对机器视觉来说至关重要。机器视觉应用光源的最大的目的是使需要被观察的图像特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的对比度,从而方便特征的区分。对比度可以定义为在特征与其周围的区域之间有足够的灰度量区别。好的照明应该能确保需要检测的特征突出于其他的背景。

  当选择两种光源的时候,尽可能地选择较亮的那个。当光源不够亮时,有极大几率会出现以下三种情况。①相机的信噪比不够,由于光源的亮度不够,图像的对比度就不够,在图像上出现噪声的可能性也随即增大。②光源的亮度不够,必然要加大光圈,从而减小了景深。③当光源的亮度不够的时候,自然光等随机光对系统的影响会更大。

  不均匀的光会造成不均匀的反射。光源均匀性关系到三个方面。①对于视野,在摄像头视野范围部分应该是均匀的。简单地说,图像中暗的区域就是缺少反射光,而亮点就是此处反射太强了。②不均匀的光会使视野范围内部分区域的光比其他区域多,从而造成物体表面反射不均匀(假设物体表面对光的反射是相同的)。③均匀的光源会补偿物体表面的角度变化,即使物体表面的几何形状不相同,光源在各部分的反射也是均匀的。

  光源的颜色及测量物体表面的颜色决定了反射到摄像头的光能的大小及波长。良好的光源颜色选择,可以使需要被观察的图像特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的对比度,即特征与其周围的区域之间有足够的灰度量区别,从而易于特征的区分。通过选择正真适合的光源颜色,当与被检测物体的颜色形成互补关系时,可以明显地增强检测特征,降低环境干扰。互补色是色环中正好相对的颜色。使用互补色光线照射物体时,物体呈现的颜色将接近黑色。根据色彩圆盘(如图 4.19 所示,说明了互补色对照关系),用相反的颜色照射,能够达到最高级别的对比度。如用冷色光照射暖色光的物体,颜色会变暗;用冷色光照射冷色光的物体,颜色则会变亮。

  为了最大限度区分被观察物和背景,通常用与被测物表面颜色相反色温的光线照射,图像能够达到最高级别的对比度,例如当被观察物为绿色时,选择红色光源照射可提升对比度。相同色温的光线照射,可以有效滤除不需要的特征,例如当被观察物中混杂一些不希望看到的杂质时,通常选择与杂质颜色相同的背景光源颜色,这样做才能够在视觉效果上滤除杂质干扰。因此灵活利用色温特性,对选择光源很有帮助。不一样的颜色光源采集图像效果如图 4.20 所示。

  此外,在一些场合为避免杂光干扰,可以在镜头前面添加滤光片,如图 4.21 所示。滤光片在视觉系统中主要与镜头或者光源配合,可以阻断或者选择性地让部分波长的光线通过,也可以调制出颜色比较纯的光,滤光工作原理如图 4.22 所示。

  良好的照明方式应该保证需要检测的特征突出于其他背景。照明方式有很多种,例如前向照明、背向照明、同轴照明等,不同照明方式的特点及适用场合见表 4.2。

  当需要突出物体轮廓时,一般会用背向照明,即被观察物位于光源和高速相机之间。

  鲁棒性是测试光源的另一个方法,即看光源是否对部件的位置敏感度最小。当光源放置在摄像头视野的不一样的区域或不同角度时,图像应该不会随之变化。方向性很强的光源,增大了对高亮区域的镜面反射发生的可能性,这不利于后面的特征提取。好的光源能够使图像特征很明显,除了使摄像头能够拍摄到部件外,好的光源应该能够产生最大的对比度、亮度足够且对部件的位置变化不敏感。光源选择好了,剩下来的工作就容易多了。具体的光源选取方法还在于实践经验。

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