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如何设计视觉系统的光源照明

发布时间:2017-10-29

机器视觉系统的照明设计                                                                      
1. 常用照明技术          
1> 直射光与漫射光
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以炮弹型LED光源为例,直射光的发散角度较小,光能量相对集中,光源亮度高,当目标位漫反射材料时,可以使目标更加明亮,当目标位镜面反射材料时,目标表面会形成亮点(实际是对光源成的像),均匀性差,不利于检测;散射光是在直射光的前面覆盖一层漫反射半透明材料,形成二次光源,随着漫反射材料透明度的降低,透射光的发散角度增大,散射光的均匀性不断提高,但同时亮度会大幅降低,对于镜面反射材料目标,均匀的发光面可以避免目标表面形成热点,从而得到比较理想的检测图像。
2> 互补色与近邻色---色光混合规律
                                 如何设计视觉系统的光源照明2.jpg

光的三原色是红、绿、蓝,三原色中任意一色都不能由另外两种原色混合产生,而其他色光可有这三色光按照一定的比例混合出来。
色光连续变化规律:由两种色光组成的混合色中,如果一种色光连续变化,混合色也连续变化。
补色律:三原色光等量混合,可以得到白光。如果先将红光与绿光混合得到黄光,黄光再与蓝光混合,也可以得到白光。这两种颜色称为补色。最基本的互补色有三对:红-青,绿-品红,蓝-黄。补色的一个重要性质:一种色光照射到其补色的物体上,则被吸收。如用蓝光照射黄色物体,则呈现黑色。
中间色律:任何两种非补色光混合,便产生中间色。其颜色取决于两种色光的相对能量,其鲜艳程度取决于二者在色相顺序上的远近。
代替律:颜色外貌相同的光,不管它们的光谱成分是否一样在色光混合中都具有相同的效果。凡是在视觉上相同的颜色都是等效的。即相似色混合后仍相似。
如果颜色光A=B/C=D,那么:A+C=B+D.
色光混合的代替规律表明:只要在感觉上颜色是相似的便可以相互代替,所得的视觉效果是同样的。
以上四个规律是色光混合的基本规律。这些规律可以指导机器视觉光源系统设计。例如可以根据目标的颜色不同来选择不同光谱的光源照射,利用补色律和亮度相加律得到突出目标亮度,削弱背景的目的,以达到最终突出目标的效果。
3> 前景光与背景光
前景光,即光源、相机位于目标的同侧的照明方式;背景光,也称背光,则是指光源、相机位于目标的异侧的照明方式。
前景光利于表现物体的表面细节特征,可用于各种表面检测。
背景光照明有两种截然不同的使用:以投射方式观察的透明物体和使不透明物体轮廓成像。薄玻璃就是用背光观察的透明产品。那些与透镜不是同轴的点状照明突出了表面瑕疵(刮痕,凿沟)以及内部缺陷(泡,夹杂物);背光照明更常用语表现不透明部分的轮廓。轮廓是容易处理的图像,因为它本身就是二维和二元的。灵活的零件进料器经常用背光照明的图像确定装配中机器人选取的机械零件的定位。
前景光的照明方式很多,而背景光的照明方式通常比较单一,利用背景光创造一个明亮的背景,而不透明或半透明的目标形成暗区,反差强烈。背景光更适合检查底片中缺陷和测量外形尺寸

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