[原创]机器视觉之光源介绍

Posted 2021-11-23 wangmingjin

        在无锡这个GDP过万亿的“准”二线城市里，IT行业并不是很热门，专业做机器视觉的公司更是少之又少。随着德国工业4.0战略以及我国智能制造2025战略的稳步推进，机器视觉成为了工业4.0中的核心要素。机器视觉又是人工智能快速发展的一个重要分支，目前市场上特别是工业应用领域对机器视觉产品技术需求日益增长，所以本人也准备抓住这个“风口”研究一下机器视觉这项技术。

        在机器视觉系统开发中，光源的选型是非常重要的一个环节。光源的质量、打光的位置都会影响软件运行的质量。

        正确的打光方式可以大大的减轻算法处理的压力并且可以迅速提升视觉识别的准确率。在机器视觉这一行业里有经验的工程师会经常讲“想要学习机器视觉，就必须从学会打光开始”。

        那么今天本人写的这一篇博客就来谈一谈光源的选型。谈到光源的选型，我们就必须要提到中学物理中学到的一个非常重要的概念“光的反射定律”。

光的反射定律：

• 反射光线与入射光线与法线在同一平面上
• 反射光线和入射光线分居在法线的两侧
• 反射角等于入射角

          我们肉眼所看到的物体是由光线反射形成的，而工业相机所拍摄的物体所形成的像也是类似于这样的一套原理（在后续的博客中我会专门谈工业相机的原理及选型）。有了这一套理论方法之后我们就可以通过它来帮助我们深入的了解光源。

在工业应用领域光源可以分为以下几种：

1. 背光
2. 同轴光
3. 偏振光
4. 红外光
5. 紫外光

背光：

          所谓的背光，就是在要照射的物体的背后打出一道光来（具体打光方式如下图所示）。它可以提供最佳对比度并且丢失的光源非常少，通常用来检测零部件的轮廓以及边线。如下图所示，使用了背光技的熟料件轮廓可以非常清晰的展现出来。

  

 

 同轴光：

                同轴光是通过光反射的原理，在光源和物体之间加上一块50%的镀银镜进行反射，提供了比传统光源更均匀的照明。同轴光源能够凸显物体表面不平整，克服表面反光造成的干扰，主要用于检测反光程度很厉害的平面物体，比如玻璃金属等。如下图所示，这是一个检测金属表面二维码的应用，在环境光下会有反光现象，如果使用同轴光的话就可以清晰的展现出来。

 

偏振光：

             所谓的偏振光源就是在普通光源前加上一个偏振片，在工业相机前也加上偏振片。这些偏振片的主要目的就是减少炫目及镜面反射，自然光经过偏振片后，改变成为具有一定振动方向的光。偏振片只允许平行于偏振化方向的振动通过，同时过滤掉垂直于该方向振动的光。下图就是未使用偏振光和使用了偏振光的图像。通过对比我们不难发现，偏振光可以降低镜面反射将待检测的物体清晰的展现出来。

红外光：

           红外光，又叫红外线，是波长比可见光要长的电磁波（光），波长为770纳米到1毫米之间，光谱上面在红色光的外侧。由于红外光是非可见光，并且红外光的穿透性非常强，在红外相机的配合使用下可以展现出非同寻常的效果。如下图所示，该物体经过红外光及滤镜处理之后就会发现明显的缺陷情况。

紫外光：

             很多物体在紫外光的照射下会发出荧光，比如墨水，标签，胶水等等。使用技巧是直接将紫外光照射在物体上，这些物体将会反射出荧光，在使用过滤器将UV光过滤掉，仅允许荧光波长的光源进入相机，这样就可以将待检测物体清晰的展现出来。如下图所示就是使用了紫外光和UV滤光器之后的效果。

r

 

除了以上的光源使用之外，有经验的机器视觉工程师还会使用彩色原理以及色环原理等技巧来处理问题，园友们如果感兴趣的话可以自行研究，这里不再详述。