机器视觉中不同类型光源的不同打光方式的效果探究

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了机器视觉中不同类型光源的不同打光方式的效果探究相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

 

有经验的机器视觉工程师都会认可这样一句话:机器视觉项目的成败在于能否得到一张打光优秀的图片。如果采集到的图片本身“质量”很差,那么接来下的图像处理工作就会困难重重。

 

由于项目的需求以及光源厂商的努力,目前机器视觉光源的类型可以说十分丰富,例如条光、背光、平行背光、同轴光、点光、隧道光、碗光、环形光、球形光、条形聚光等。根据光的波长和颜色,又可以分为X光、蓝光、红光、白光、红外光等。

 

网上关于光源选型方面的资料多如牛毛,我不想再重复,我想说点其他的。

 

在光源大家族中,有一种光最为灵活多变,它就是环形光。环形光有低角度环形光、高角度环形光等不同类型,例如0°环形光、30°环形光、45°环形光、60°环形光、90°环形光等。

 

不同的资料对于这个环光的“角度”定义不同,有的指“光源照射方向与水平面的夹角”,有的指“光源照射方向与镜头光轴(一般是竖直方向)的夹角”。本文采用后一种定义方式来描述。

 

为什么说环形光的花样多呢?因为它的口径可以不同、它的“角度”可以不同、它的光的颜色可以不同、它的安装高度也可以不同(其他光源安装高度不同差异一般不会有这么大)。

 

下面我以拍摄镜头模组为例,采用不同“角度”的环形光,沿着镜头光轴方向在不同高度分别采集图像,大家可以观察图像的特点与变化。

(这是一个手机镜头模组,高约6mm,中间有一块透明的有划伤的玻璃镜片)

注意:以下每一系列组图中,光源的高度都是从高到低不断往下移的

 

① 90°环形光(即光源照射方向与竖直方向成90°的环形光)

 

 

② 30°环形光

 

如果你读到了这里,不妨停下来想想,为什么用不同角度、不同高度的环形光照明,图像会有这样的差异呢?

 

其核心就一点:始终抓住有哪些光被反射之后,沿着竖直方向被相机捕捉到了。物体在相机中成了像,是因为物体表面有光反射进了相机,这些光被相机捕捉到从而成了像。

如果想提高光源选型的能力,深刻理解上面这两句话是十分必要的。

 

在只有光源而暂时没有相机的时候,如何猜测相机采集到的图像是什么样的呢?我有一个小技巧:把头伸到被测物正上方,从上往下竖直观察被测物的打光情况。为什么要以这个姿势观察呢?因为相机也是以这个姿势“观察”被测物的。

 

从上面的两组图片可以看出,如果想检测模组的镜片划伤,在合适的高度用90°环形光打光,能得到一张高质量的易于处理的图片。但这是最佳的方案吗?未必。

 

我们用背光试试:

 

划伤一览无余,很好地从背景里被分割出来了。当然,对于这种检测并不是说背光就一定优于90°环光,因为很多时候,由于现场条件的限制,是没有办法放置背光的。

 

我顺手拍了一张同轴光打光的,顺便也贴上来:

 

同轴光源一般比较贵,它之所以贵我猜测一方面是因为它发出的是平行光,另一方面是因为它内部的那个45°的“半透半反”装置需要较高的装配精度。

 

观察上面的同轴光打光的图片,可以发现,用同轴光拍的图片一般看起来比较“平庸”。同轴光能够凸显物体表面的不平整,克服表面反光造成的干扰

这些是由同轴光的特性决定的:同轴光最终照到被测物上的是竖直向下的光,光经物体反射后,只有竖直往上的反射光才能通过同轴光的“半透半反”装置竖直进入相机(因此反光不见了,因为反光折射到其他方向去了,没有射入相机)。

 

另外,很多人在应用中应该发现了,在相机镜头参数、安装高度等其他条件一致时,把同轴光源调到最亮去打光,得到的图片一般亮度也很低,这是为什么呢?这是因为同轴光从发出光到光最终被相机捕捉到,它经历了两次“半透半反”的过程,光源的亮度有极大的损失。

 

文末我再把之前的两句话重复一下:

始终抓住有哪些光被反射之后,沿着光轴方向被相机捕捉到了。物体在相机中成了像,是因为物体表面有光反射进了相机,这些光被相机捕捉到从而成了像。

 

 

以上是关于机器视觉中不同类型光源的不同打光方式的效果探究的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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