機(jī)器視覺(jué)是圖像技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，是實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化、信息化的先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域。機(jī)器視覺(jué)的發(fā)展帶動(dòng)了人工智能的進(jìn)步。

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)從物理結(jié)構(gòu)上來(lái)講，一般包括以下幾個(gè)部分：光源、攝像機(jī)和鏡頭、圖像采集卡、機(jī)器視覺(jué)軟件等運(yùn)動(dòng)控制部分。在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中，合適的光源為視覺(jué)系統(tǒng)提供良好的外界條件，使得系統(tǒng)得到的圖像信號(hào)有很高的信噪比。

今天我們主要探討一下機(jī)器視覺(jué)中光源的選型問(wèn)題。

斷機(jī)器視覺(jué)的照明的好壞，首先必須了解什么是光源需要做到的，光源的作用并不僅僅局限于使檢測(cè)部件能夠被攝像頭“看見(jiàn)”，有時(shí)候，一個(gè)完整的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)無(wú)法支持工作，很大一部分原因是光源造成的。

照明系統(tǒng)是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分之一，機(jī)器視覺(jué)光源直接影響到圖像的質(zhì)量，進(jìn)而影響到系統(tǒng)的性能。好的打光設(shè)計(jì)能夠使我們得到一幅好的圖像，從而改善整個(gè)系統(tǒng)的分辨率，簡(jiǎn)化軟件的運(yùn)算。

影響光源的因素：

1.對(duì)比度：對(duì)比度對(duì)機(jī)器視覺(jué)來(lái)說(shuō)非常重要，機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用照明的最重要的任務(wù)就是使需要被觀察的特征與需要被忽略的圖像特征之間產(chǎn)生最大的對(duì)比度，從而易于特征的區(qū)分。

2.亮度：當(dāng)選擇兩種光源的時(shí)候，最佳的選擇肯定是更亮的那個(gè)。因?yàn)楫?dāng)光源亮度不夠時(shí)就會(huì)出現(xiàn)以下三種情況：一、相機(jī)的信噪比不夠；二、圖像的對(duì)比度不夠，在圖像上出現(xiàn)噪聲的可能性也隨之增大；三、光源的亮度不夠，必然需要加大光圈，從而減少景深，并且自然光也會(huì)隨機(jī)對(duì)系統(tǒng)加大影響。

3.魯棒性：測(cè)試好光源的方法是看光源是否對(duì)部件的位置敏感度最小。當(dāng)光源放置在攝像頭視野的不同區(qū)域或不同角度時(shí)，結(jié)果圖像應(yīng)該不會(huì)隨之變化。方向性很強(qiáng)的光源，增大了對(duì)高亮區(qū)域的鏡面反射發(fā)生的可能性，這不利于后面的特征提取。在很多情況下，好的光源需要在實(shí)際工作中與其在實(shí)驗(yàn)室中有相同的效果。

4.光源可預(yù)測(cè)：當(dāng)光源入射到物體表面的時(shí)候，光源的放映是可以預(yù)測(cè)的，光源可能被吸收或被放射，光可能被完全吸收（黑金屬材料，表面難以照亮）或者被部分吸收（造成了顏色的變化及亮度的不同）。不被吸收的光就會(huì)被反射，入射光的角度等于反射光的角度。

5.物體表面：如果所有物體表面是相同的，在解決實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候就沒(méi)有必要采用不同的光源技術(shù)了，但由于物體表面的不同，因此需要觀察視野中的物體表面，并分析光源入射的反映。

6.光源的位置：既然光源按照入射角反射，因此光源的位置對(duì)獲取高對(duì)比度的圖像很重要，光源的目標(biāo)是要達(dá)到使感興趣的特征與其周?chē)谋尘皩?duì)光源的反射不同。預(yù)測(cè)光源如何在物體表面反射就可以決定出光源的位置。

7.選擇光源：光源應(yīng)該按照照明形狀的需要來(lái)選擇，需要有足夠的均勻度，且穩(wěn)定性能要好。

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中，光源的作用主要體現(xiàn)在：

1.突出測(cè)量特征，簡(jiǎn)化圖像處理算法

2.客服環(huán)境光的干擾，提高圖像信噪比

3.提高視覺(jué)系統(tǒng)的定位、測(cè)量、識(shí)別精度以及系統(tǒng)的運(yùn)行速度

4.降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度

機(jī)器視覺(jué)的光源按形狀通常可分為以下幾類(lèi)：

1.環(huán)形光源：環(huán)形光源提供不同照射角度、不同顏色組合，更能突出物體的三維信息；高密度LED陣列，高亮度；多種緊湊設(shè)計(jì)，節(jié)省安裝空間；解決對(duì)角照射陰影問(wèn)題；可選配漫射板導(dǎo)光，光線均勻擴(kuò)散。

2.背光源：用高密度LRD陣列面提供高強(qiáng)度背光照明，能突出物體的外形輪廓特征。

3.條形光源：條形光源是較大方形結(jié)構(gòu)被測(cè)物的首先光源，顏色可根據(jù)需求搭配，自由組合，照射角度與安裝隨意可調(diào)。

4.AOI專業(yè)光源：不同角度的三色光照明，照射凸顯錫焊三維信息；外加漫射板導(dǎo)光，減少反光不同角度組合。

5.球積分光源：具有積分效果的半球面內(nèi)部，均勻反射從底部360°發(fā)射出的光線，使整個(gè)圖像的照度十分的均勻。

6.線性光源：超高高度，采用柱面透鏡聚光，適用于各種流水線連續(xù)檢測(cè)場(chǎng)合。

7.同軸光：可以消除物體表面不平整引起的陰影，從而減少干擾，部分采用分光鏡設(shè)計(jì)，減少光損失，提高成像清晰度，均勻照射物體表面。

8.點(diǎn)光源：大功率LED，體積小，發(fā)光強(qiáng)度高；光前鹵素?zé)舻奶娲?，尤其適合作為鏡頭的同軸光源等，高效散熱裝置，大大提高光源的使用壽命。

9.組合條形光：四邊配置條形光，每邊照明獨(dú)立可控制；可根據(jù)被測(cè)物體要求調(diào)整所需照明角度，適用性廣。

10.對(duì)位光源：速度快，視場(chǎng)大，精度高，體積小，便于檢測(cè)集成，亮度高，可適配輔助環(huán)形光。

一幅好的圖象具備以下條件：

1. 對(duì)比度明顯，目標(biāo)與背景的邊界清晰2. 背景盡量淡化而且均勻，不干擾圖象處理；3. 與顏色有關(guān)的還需要顏色真實(shí)，亮度適中，不過(guò)度曝光。4. 整體亮度均勻，整體不均勻灰度差不影響圖象處理；

工業(yè)相機(jī)是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵組件，其最本質(zhì)的功能就是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成小型高清工業(yè)相機(jī)為有序的電信號(hào)。

工業(yè)相機(jī)又俗稱攝像機(jī)，相比于傳統(tǒng)的民用相機(jī)（攝像機(jī)）而言，它具有高的圖像穩(wěn)定性、高傳輸能力和高抗干擾能力等，目前市面上工業(yè)相機(jī)大多是基于CCD或CMOS芯片的相機(jī)。CCD是目前機(jī)器視覺(jué)最為常用的圖像傳感器。它集光電轉(zhuǎn)換及電荷存貯、電荷轉(zhuǎn)移、信號(hào)讀取于一體，是典型的固體成像器件。

CCD的突出特點(diǎn)是以電荷作為信號(hào)，而不同于其它器件是以電流或者電壓為信號(hào)。這類(lèi)成像器件通過(guò)光電轉(zhuǎn)換形成電荷包，而后在驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下轉(zhuǎn)移、放大輸出圖像信號(hào)。典型的CCD相機(jī)由光學(xué)鏡頭、時(shí)序及同步信號(hào)發(fā)生器、垂直驅(qū)動(dòng)器、模擬/數(shù)字信號(hào)處理電路組成。

CCD作為一種功能器件，與真空管相比，具有無(wú)灼傷、無(wú)滯后、低電壓工作、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。

CMOS圖像傳感器的開(kāi)發(fā)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70 年代初，90 年代初期，隨著超大規(guī)模集成電路 (VLSI) 制造工藝技術(shù)的發(fā)展，CMOS圖像傳感器得到迅速發(fā)展。CMOS圖像傳感器將光敏元陣列、圖像信號(hào)放大器、信號(hào)讀取電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、圖像信號(hào)處理器及控制器集成在一塊芯片上，還具有局部像素的編程隨機(jī)訪問(wèn)的優(yōu)點(diǎn)。

目前，CMOS圖像傳感器以其良好的集成性、低功耗、高速傳輸和寬動(dòng)態(tài)范圍等特點(diǎn)在高分辨率和高速場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。

由于光電二極管不能檢測(cè)精確的顏色，顏色信息通過(guò)與濾色鏡或棱鏡結(jié)合被再現(xiàn)。顏色信息能通過(guò)使用紅色(R)，綠色(G)，藍(lán)色(B)基色濾色鏡的基色模式或者通過(guò)使用藍(lán)綠色(C)，紫紅色(M)，黃色(Y)，綠色(G)的四色濾色鏡經(jīng)過(guò)計(jì)算創(chuàng)建圖像的補(bǔ)色濾色鏡模式獲得。

總之，基色模式創(chuàng)建的圖像比較暗，但是由于它更高的色彩飽和度表現(xiàn)出更精確的顏色。這個(gè)特點(diǎn)即高度的色彩再現(xiàn)能力。

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