边干边学_机器视觉_第一章 选择光源
机器视觉光源选择的概述
机器视觉光源选择的概述机器视觉是自动化的一部分，是一门涉及人工智能、计算机科学、图像处理、模式识别等前沿技术的行业，综合电气、机械、光学、计算机软硬件等各方面的技术，把图像中的特征信息通过一定的算法提取出来，进行处理并加以理解，最终应用到实际工程中。
因为目标信息包含在图像中，所以图像本身的质量对整个视觉系统而言就成为了关键所在。
例如对于尺寸测量，采取理想的打光方式，采集到的图像边缘清晰，特征明显，很容易提取到目标轮廓信息，可以使用简易快速的算法测量，得到结果。
这对提高软件的稳定性与快速性有很大的帮助。
但是每一种实际应用对图像质量的要求是不相同的，有时需要清晰的图像，有时反而模糊的图像对特征提取更理想。
初学者可能没有这样的感觉，但是对于资深老手来说，看似简单容易的光学系统，其实是机器视觉系统最为关键的部分，往往关系到视觉系统的成败。
打光的主要目标是选择合适的光源以某种合适的方式将光线投射到被测物体上，突出被测特征部分与背景的对比度，降低后续软件算法的难度，提高软件的稳定性。
好的光学系统能够改善整个视觉系统的分辨率，简化软件的运算量，提高视觉系统的精度与稳定性；不合理的光学习太，容易引起很多问题：1、曝光过度则隐藏许多重要特征信息。
2、阴影会引起边缘、位置的误检。
3、信噪比过低、均匀性不好，则导致图像阈值分割困难，系统稳定性下降等。
视觉项目中，如何才能选择到最佳的打光方案呢？这个过程中，我们需要考虑很多方面的因素，比如光的方向、光源的大小、形状、安装空间要求，光的强度、偏振、光线均匀度、漫射光还是平行光、目标的背景等，使用光源的颜色、色温、目标大小、工作距离、发射角度、发光器件等也是需要考虑的因素。
从项目经验来看，针对不同的检测样品，通常需要采用不同的打光方式才能得到理想的图像，能凸显目标物特征。
但也有某些样品使用多种不同类型的光源都可以适用，能得到理想的图像特征。
如小范围的字符识别，可能是条形光源、无影光源、环形光源、同轴光源等都可以适用。
机器视觉之光源挑选的基本知识
机器视觉之光源挑选的基本知识光源挑选的基本知识一具好的操作平台应该可以在最短的时刻内处理图像，好的机器视觉软件应该可以非常容易的在一系列的案例中应用，好的相机和镜头应该是拥有最小的畸变和脚够的分辨率。
然而，好的机器视觉照明应该有啥特点呢？在图像的分析处理中，光源的角群又是啥呢？推断机器视觉的照明的好坏，首先必须了解啥是光源需要做到的！显然光源应该别仅仅是使检测部件可以被摄像头"看见"。
有时候，一具完整的机器视觉系统无法支持工作，然而仅仅优化一下光源就能够使系统正常工作。
对照度：对照度对机器视觉来讲很重要。
机器视觉应用的照明的最重要的任务算是使需要被观看的特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的对照度，从而易于特征的区分。
对照度定义为在特征与其身边的区域之间有脚够的灰度量区不。
好的照明应该可以保证需要检测的特征突出于其他背景。
亮度：当挑选两种光源的时候，最佳的挑选是挑选更亮的这个。
当光源别够亮时，也许有三种不行的事情会浮现。
第一，相机的信噪比别够；由于光源的亮度别够，图像的对照度必定别够，在图像上浮现噪声的也许性也随即增大。
其次，光源的亮度别够，必定要加大光圈，从而减小了景深。
另外，当光源的亮度别够的时候，自然光等随机光对系统的妨碍会最大。
鲁棒性：另一具测试好光源的办法是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别同区域或别同角度时，结果图像应该不可能随之变化。
方向性非常强的光源，增大了对高亮区域的镜面反射发生的也许性，这别利于后面的特征提取。
在非常多事情下，好的光源需要在实际工作中与其在实验室中的有相同的效果。
好的光源需要可以使你需要寻觅的特征很明显，除了是摄像头可以拍摄到部件外，好的光源应该可以产生最大的对照度、亮度脚够且对部件的位置变化别敏感。
光源挑选好了，剩下来的工作就容易多了！机器视觉应用关怀的是反射光（除非使用背光）。
物体表面的几何形状、光泽及颜群决定了光在物体表面怎么反射。
机器视觉光源选型
对比度：对比度对机器视觉来说非常重要。机器视觉应用的照明的最重要的任务就是使需要被观察的特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的对比度，从而易于特征的区分。对比度定义为在特征与其周围的区域之间有足够的灰度量区别。好的照明应该能够保证需要检测的特征突出于其他背景。
亮度:当选择两种光源的时候,最佳的选择是选择更亮的那个。当光源不够亮时，可能有三种不好的情况会出现。第一，相机的信噪比不够；由于光源的亮度不够，图像的对比度必然不够，在图像上出现噪声的可能性也随即增大。其次,光源的亮度不够，必然要加大光圈，从而减小了景深。另外,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最大。
应用领域:
2.环形光源:
应用领域：
3.条形光源：
应用领域：
4.背光源：
应用领域:
5.无影光源
应用领域：
组合条形光源:
应用领域:
6.点光源
应用领域:
光源的选择要素:谈谈光源选择的几个要素:
1.选择机器视觉光源的角度ﻫ低角度光源主要应用于暗视场检测,也就是被测物体表面大部分反光都不进摄像头，故背景呈黑色，只有物体高低不平之处的反光进入摄像头,比如金属表面划痕的检测,背景呈黑色,划痕呈白色高角度光源主要应用于明视野照明，也就是被测物体表面大部分反光都能进摄像头,故背景呈白色，比如物体表面突出特征的检测.漫反射角度光源主要是应用于表面形状不规则或发光表面的检测,它会补偿物体表面的角度变化,获得更均匀的图像.
表面形状：一个球形表面反射光源的方式与平面物体不近相同。物体表面的形状越复杂，其表面的光源变化也随之而复杂。对应一个抛光的镜面表面，光源需要在不同的角度照射。从不同角度照射可以减小光影。光源均匀性:不均匀的光会造成不均匀的反射。均匀关系到三个方面。第一,对于视野，在摄像头视野范围部分应该是均匀的。简单的说，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。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(假设物体表面的对光的反射是相同的)。
机器视觉 光源选择部分
机器视觉光源选择部分机器视觉_光源选择部分第1章搭建机器视觉处理平台............................................................................ (1)1.1 选择光源............................................................................ . (1)1.1.1 常见的光源类型............................................................................ . (1)1.1.2 照明效果的优化............................................................................ . (5)1.1.3 光源评估服务............................................................................ .. (7)第1章搭建机器视觉处理平台通常，典型的机器视觉系统由以下四个部分——光源、相机、图像采集卡和图像处理软件组成，如图1.1所示。
图1.1 典型的机器视觉系统作为机器视觉系统开发工程师，我们必须根据实际需要选择好光源，相机，图像采集卡和图像处理软件。
下面本文将依次介绍如何选择光源，相机，图像采集卡和图像处理软件，并介绍一种对初学者来说性价比非常高的学习方案。
1.1 选择光源刚接触机器视觉系统时可能无法意识到光源选择恰当与否直接关系到系统的成败。
例如，把10斤红豆(待观察的对象特征)、10斤绿豆(不需要关注的物体)和10斤沙子(噪声)混合在一起让你在三分钟内把10斤红豆筛选出来和把10斤红豆、1斤绿豆、1斤沙子混合在一起让你在三分钟内把10斤红豆筛选出来，谁更容易些？显然干扰少(绿豆)，噪声低(沙子)的工作才能干的又快又好！选择光源的目标就是：1、增强待处理的物体特征；2、减弱不需要关注的物体和噪声的干扰；3、不会引入额外的干扰。
机器视觉光源选取原则
机器视觉光源选取原则
机器视觉光源选取原则
机器视觉系统是利用光学成像技术对物体进行检测和识别的系统，而光源的选取对于机器视觉系统的成像效果和检测精度有着至关重要的影响。
下面将介绍机器视觉光源选取的原则。
1. 光源稳定性
光源的稳定性是影响机器视觉系统成像质量的重要因素之一，稳定的光源可以使成像质量更为稳定，减少噪声和误差。
因此，在选择光源时应该优先考虑其稳定性。
2. 光源亮度
光源的亮度是影响机器视觉系统成像质量的另一个重要因素，光源亮度越高，成像质量越好，检测精度也会更高。
但是过高的亮度也会导致成像质量下降，因此需要根据具体应用场景选择适当的光源亮度。
3. 光源颜色
光源颜色的选择也是影响机器视觉系统成像质量的因素之一，不同颜色的光源对于不同的物体有着不同的反射特性，因此需要根据具体应用场景选择合适的光源颜色。
4. 光源方向
光源的方向也会影响机器视觉系统的成像质量，不同方向的光源会导致不同的反射角度和反射强度，因此需要根据具体应用场景选择合适的光源方向。
5. 光源均匀性
光源均匀性也是影响机器视觉系统成像质量的因素之一，均匀的光源可以使成像质量更为均匀，减少噪声和误差。
因此，在选择光源时应该优先考虑其均匀性。
综上所述，机器视觉光源的选取需要考虑稳定性、亮度、颜色、方向和均匀性等因素，根据具体应用场景选择合适的光源可以提高机器视觉系统的成像质量和检测精度。
机器视觉光源选择要点
flipmuPROr ESS I OfM A1_工业相机，选择迪奥科技。
机器视觉光源选择要点机器视觉光源是影响机器视觉系统图像水平的重要因素，因为它直接影响输入数据的质量和至少30%勺应用效果。
下面迪奥科技具体分享下机器视觉光源选择要点，仅供参考。
1、亮度：选择机器视觉光源时，最佳的选择是选择更亮的那个。
2、鲁棒性：测试机器视觉光源的方法是看光源是否对部件的位置敏感度最小。
当机器视觉光源放置在镜头视野的不同区域或不同角度时，图像应该不会随之变化。
3、机器视觉光源可预测：当机器视觉光源入射到物体表面的时候，光源的反映是可以预测的。
光源可能被吸收或被反射，被反射的光入射角等于反射角。
4、控制反射：如果反射光可以控制，图像就可以控制了。
因此在涉及机器视觉光源的设计时，最重要的原则就是控制好光源反射到透镜及反射的程度。
5、机器视觉光源的位置：光源按照入射角反射，因此光源的位置对获取高对比度的图像很重要。
预测光源如何在物体表面反射就可以决定出光源的位置。
6表面纹理：物体表面可能高度反射（镜面反射）或者高度漫反射。
决定物体是镜面反射还是漫反射的主要因素是物体表面的光滑度。
7、表面形状：一个球形表面反射光源的方式与平面物体不近相同。
物体表面的形状越复杂，其表面的光源变化也随之越复杂。
8、机器视觉光源均匀性：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同，光源在各部分的反射也是均匀的。
9、机器视觉光源技术的应用：光源技术是设计光源的形状及位置以使图像对比度高。
光源会使那些感兴趣的并需要机器视觉分析的区域更加突出。
机器视觉光源选型的三大技巧
机器视觉光源选型的三大技巧
机器视觉技术在现代工业中越来越重要，而光源是机器视觉技术中不可或缺的部分。
在进行机器视觉光源选型时，以下三个技巧可以帮助您选出最适合您应用的光源。
1. 确定应用需求：在选择光源之前，首先需要明确应用的需求。
例如，需要对物体进行颜色识别、形状识别还是检测缺陷等。
对于不同的应用需求，需要选择不同的光源类型并调整光源的亮度和颜色等参数。
2. 考虑环境因素：环境因素也会影响光源的选型。
例如，在高温或湿度环境下，需要选择具有防水、防尘、耐热等特性的光源。
在特别黑暗或明亮的环境下，需要选择亮度可调节的光源。
3. 选择合适的波长：光源的波长是影响机器视觉识别效果的重要因素。
对于不同的物体材料，需要选择合适的波长进行照明。
例如，对于金属物体，可以选择短波长的光源，对于白色物体，则需要选择长波长的光源。
以上三个技巧可以帮助您选出最适合您应用的光源。
在进行机器视觉光源选型时，还需要注意光源的稳定性、寿命等因素，以保证系统的稳定性和长期可靠性。
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机器视觉最佳光源方案
机器视觉最佳光源选择方案一个好的操作平台应该能够在最短的时间内处理图像，好的机器视觉软件应该能够很容易的在一系列的案例中应用，好的相机和镜头应该是拥有最小的畸变和足够的分辨率。
但是，好的机器视觉照明应该有什么特点呢？在图像的分析处理中，光源的角色又是什么呢？判断机器视觉的照明的好坏，首先必须了解什么是光源需要做到的！显然光源应该不仅仅是使检测部件能够被摄像头“看见”。
有时候，一个完整的机器视觉系统无法支持工作，但是仅仅优化一下光源就可以使系统正常工作。
1.衡量光源的好坏对比度：对比度对机器视觉来说非常重要。
机器视觉应用的照明的最重要的任务就是使需要被观察的特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的对比度，从而易于特征的区分。
对比度定义为在特征与其周围的区域之间有足够的灰度量区别。
好的照明应该能够保证需要检测的特征突出于其他背景。
亮度：当选择两种光源的时候，最佳的选择是选择更亮的那个。
当光源不够亮时，可能有三种不好的情况会出现。
第一，相机的信噪比不够；由于光源的亮度不够，图像的对比度必然不够，在图像上出现噪声的可能性也随即增大。
其次，光源的亮度不够，必然要加大光圈，从而减小了景深。
另外，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最大。
鲁棒性：另一个测试好光源的方法是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同区域或不同角度时，结果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。
在很多情况下，好的光源需要在实际工作中与其在实验室中的有相同的效果。
好的光源需要能够使你需要寻找的特征非常明显，除了是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！2.光源的控制机器视觉应用关心的是反射光（除非使用背光）。
物体表面的几何形状、光泽及颜色决定了光在物体表面如何反射。
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第1章搭建机器视觉处理平台 (1)
1.1 选择光源 (1)
1.1.1 常见的光源类型 (1)
1.1.2 照明效果的优化 (5)
1.1.3 光源评估服务 (7)
第1章搭建机器视觉处理平台
通常，典型的机器视觉系统由以下四个部分——光源、相机、图像采集卡和图像处理软件组成，如图1.1所示。
图1.1 典型的机器视觉系统
作为机器视觉系统开发工程师，我们必须根据实际需要选择好光源，相机，图像采集卡和图像处理软件。
下面本文将依次介绍如何选择光源，相机，图像采集卡和图像处理软件，并介绍一种对初学者来说性价比非常高的学习方案。
1.1 选择光源
刚接触机器视觉系统时可能无法意识到光源选择恰当与否直接关系到系统的成败。
例如，把10斤红豆(待观察的对象特征)、10斤绿豆(不需要关注的物体)和10斤沙子(噪声)混合在一起让你在三分钟内把10斤红豆筛选出来和把10斤红豆、1斤绿豆、1斤沙子混合在一起让你在三分钟内把10斤红豆筛选出来，谁更容易些？显然干扰少(绿豆)，噪声低(沙子)的工作才能干的又快又好！
选择光源的目标就是：1、增强待处理的物体特征；
2、减弱不需要关注的物体和噪声的干扰；
3、不会引入额外的干扰。
以获取高品质、高对比度的图像。
按照明方式的不同，光源可以分为：直接照明光源、散射照明光源、背光照明光源、同轴照明光源和特殊照明光源。
下面，本文将依次介绍各种不同的光源。
1.1.1常见的光源类型
1．直接照明光源
直接照明光源就是光源直接照射到被检测物体上，它的特点是照射局域集中、亮度高和安装方便，可以得到清楚的影像。
常见的直接照明方式有沐光方式、低角度方式、条形方式和聚光方式。
沐光方式
沐光方式常用的是LED环形光源，如图2.1所示。
高密度的LED阵列排列在伞状结构中，可以在照明区域产生集中的强光。
图2.1的右方部分是LED环形光源的安装部分，其中被检测的物体应该在图中的Work 区域。
图2.1 LED环形光源, 沐光方式(引自s-inc.co.jp)
该种照明方式的优点是亮度大、灵活、容易适应包装要求；缺点是：阴影和反光；常见的应用是：检测平面和有纹理的表面。
其照明效果如图2.2所示，左边是实物图，右边是照明效果图，可以看到，在沐光方式下，芯片表面的字迹显示的非常清晰。
图2.2 沐光方式照明效果(引自s-inc.co.jp)
低角度方式
低角度方式常用的也是LED环形光源，如图2.3所示。
与沐光方式用的环形光源不同的是，它更大，安装的角度更低，接近180度。
图2.3 低角度方式(引自s-inc.co.jp)
低角度方式下，光源以接近180度角照明物体，容易突出被检测物理的边缘和高度变化。
该种照明方式的优点是凸显表面结构，增强图像的拓扑结构；缺点是：热点和极度阴影；常见的应用是：检测平面和有纹理的表面。
其照明效果如图2.4所示，左边是实物图，右边是照明效果图可以看到，在低角度方式下，硬币的边缘及字迹的边缘显示的非常清晰。
图2.4 低角度方式照明效果(引自s-inc.co.jp)
条形方式
条形方式常用的是LED条形光源，如图2.5所示。
条形方式除具备沐光方式的优点外，其安装角度还可以按照需要进行调节。
通过调节光线的角度和方向，可以检测到被测物体表面是否有光泽，是否有纹路，也可以检测到表面特征。
图2.5条形方式(引自s-inc.co.jp)
聚光方式
聚光方式主要是在条形光源上加入一个柱型透镜，把光线汇聚成一条直线，以产生高亮度线光源，如图2.6所示。
线性聚光方式常常配合线阵相机获得高质量的图像。
图2.6聚光方式(引自s-inc.co.jp)
2．散射照明光源
对于表面平整光洁的高反射物体，直接照明方式容易产生强反光。
散射照明先把光投射到粗糙的遮盖物上(比如漫射板)，产生无方向、柔和的光，然后再投射到被检测物体上，如图2.7所示。
这种光最适合高反射物体。
图2.7 散射圆顶照明
低角度方式
与前述直接照明的低角度方式不同，散射方式的光源先经过内壁散射之后再均匀的照射到物体上，在提供均匀照明的同时，有效的消除了边缘的反射，如所示。
图2.8 散射照明中的低角度方式(引自s-inc.co.jp)
上述的照明方式常用于BGA焊点检测，芯片管教检测等应用，图2.9是BGA焊点的成像实例，在图中可见，在低角度散射照明下，BGA的焊点清晰且没有反光。
图2.9 BGA焊点的成像实例(引自s-inc.co.jp)
扁平环状方式
扁平环状方式是在光源前面加了一块漫反射板，光源经过反射后再经过漫反射板，可以形成均匀漫射的顶光，避免了眩目光和阴影，如图2.10所示。
图2.10 扁平环状方式
圆顶方式
圆顶方式如图2.11所示，最适合表面有起伏、光泽的被测物体的文字检查。
图2.11 圆顶方式
3．背光照明光源
背光照明方式下，光源均匀的从被检测物体的背面，可以获得高清晰的轮廓，常用于物体外形检测、尺寸检测等等，如图2.12所示。
图2.12 背光照明方式及其成像实例
4．同轴照明光源
LED的高强度均匀光线通过半镜面后成为与镜头同轴的光，如所示。
具有特殊涂层的半镜面可以抑制反光和消除图像中的重影，特别适合检测镜面物体上的划痕。
图2.13 同轴照明光源
5．特殊照明光源
特殊照明光源包括平行光光学单元、显微镜专用照明系统和按照客户要求定制的光源等等。
1.1.2照明效果的优化
当选择好一款光源类型后，还可以利用很多技术来最优化检测结果。
1．颜色
对于不发光体来说又可分为透明体和不透明体两种，大部分是不透明体。
不透明体都具有反射或吸收不同波长的色光的能力，被吸收掉的色光我们是看不见的。
只有反射回来的色光才直接作用于我们的眼睛，所以我们看到的不透明体的颜色是反射光的颜色，这就是“反射色”。
如果用红光照射红色的物体，能得到最高的亮度；若用红色光照射绿色物体，可以得到最低的亮度，或者说图像几乎是黑色的，因为绿色物体基本不反射红色光。
在图 2.14所示彩色轮展示了色彩之间的对应情况。
用一种颜色照射它相对的颜色，基本是黑色；照射其它颜色，物体亮度依次增加；照射同样的颜色，可以得到最大的亮度。
图2.14 彩色轮
所以，适当的选择光源颜色，可以增强图像的对比度。
图2.15展示了BGA焊点分别在红色光和蓝色光下的成像实例；在红色光下，芯片中央的条纹依然清晰可见(图中)，这为引脚检测引入了一些干扰；在蓝色光下，芯片中央的条纹基本看不见了，仅留下BGA焊点的影像，便于后续检测。
图2.15 BGA引脚分别在红色光和蓝色光下的成像实例
2．滤光镜
消除不必要的数据和噪声可以加快有用信息的处理速度。
滤光镜是一个简单的限制进入相机光线的技术。
常见的滤光镜有偏光镜、波通镜和阻隔镜。
它们的作用类似滤波器，滤掉符合一定条件的信号。
图2.16展示了偏光镜消除眩光的一个成像实例。
在相机镜头前添加偏光镜，旋转偏光镜到眩光最小的地方；如果眩光还影响检测，则可以再加一个偏光镜知道图像清晰为止。
图2.16 偏光镜消除眩光的成像实例
1.1.3光源评估服务
在选择光源的时候，如果感觉拿不准，可以把样品提供给光源提供商，光源提供商会在光源实验室里面为大家选择合适的光源。