【光电智造】机器视觉如何正确获取图像

图像的采集与处理是机器视觉系统的核心。

所有的信息都来自于图像，质量对整个视觉系统至关重要。

一个好的图像可以提高整个系统的稳定性，在提高系统精度和可靠性的同时，大大降低图像处理算法的难度。

应具备下列条件的好图像：

对比度：对比度明显，对比目标和背景的界限清晰，要求至少有30度以上的目标和背景灰度值；

均匀性：要求图片整体亮度均匀，或整体不均匀但灰度差不影响图像处理；

真实性：与色彩相关的还要求色彩真实，亮度适中，不要过度曝光，过度像素符合精度检测要求；

干扰：尽可能淡化背景。

在整个机器视觉系统中，光源是影响机器视觉系统图像质量的重要因素，因此光源具有关键作用。

为了达到效果，设计了适当的照明明装置，以达到效果，因为目前还没有一台通用的机器视觉照明设备。

视觉光源常见。

LED灯、光纤卤素灯、氙灯、高频荧光灯等都是机器视觉中常用的光源。

LED灯01。

约30000-10000小时的寿命；

优势：可采用多个LED达到高亮度，同时可根据用途选择不同形状的组合，响应速度快，波长高。

卤素灯02光纤。

约1000小时的使用寿命；

优点：亮度高；

缺点：影响速度慢，亮度和色温变化不大。

03氙灯

约1000小时的使用寿命；

优点：高亮度，接近日光的色温；

缺点：响应速度慢，发热量大，寿命短.工作电流大.供电安全要求严格.易碎。

04荧光灯

使用寿命在1500-3000小时之间；

优点：扩散性好.适合大面积均匀照射；

缺点：响应慢，亮度暗。

各种视觉打光方法。

背光照明方式。

1.贯穿透射的漫射背光源。

构造说明：将漫射背光源置于待测工件正下方，摄像机系统与工件和光源垂直拍照。

主要用途：存在性检测.计数.片边检测.透明体表面及内部不透明异物或污垢检测.透明体及半透明体突变型及局部渐变缺陷.镂空打标等。

优点：构造简单，整体价格较低，尺寸检测效果稳定可靠片一般只有黑白区域，处理方便，相机正对光源拍摄，亮度容易满足。

缺点：大多数在线检测项目使用不方便；多层重叠不透明体会相互干扰；如果测量精度要求很高，则具有一定厚度、倒角、圆角或圆柱尺寸测量的物体容易出现边缘缺陷，结果会偏离。

应用技巧：光源面积足够，面积过大会影响边缘效果；光源与工件之间的距离较远，效果会在一定程度上得到改善；使用对象远程中心镜头可以提高稳定性；图像亮度不应过度曝光，亮部分的灰度值通常不超过220。

2.贯穿透射的平行背光源。

构造说明：将平行背光源置于待测工件正下方，摄像机系统与工件和光源垂直拍照。

主要用途：用漫射背光源边缘检测.定位和尺寸测量等项目，不适用于产品边缘形状。

优点：光线平行性好，图像效果好，测量精度高，准确稳定。

缺陷：光源自身结构复杂，成本高.对其调试要求较高，对其它配套硬件的要求也较高。

应用技巧：必须在光源和镜头之间进行同轴调节。如果不准确，效果很差。一旦对齐，效果就非常好。调整后稳定固定，避免因振动或外力长期不对称而导致使用过程中错位。

漫射光方向较为散乱，被瓶身折射后仍是杂散光，总体较为均匀，瓶身轮廓与背景对比不显著。

在平行光线照射下，边缘区域将光线折射到镜头外的区域，显示为黑色，与背景对比明显。

采用漫射背光测量，会出现上图所示的虚现象，过渡像素多，不能满足高精度测量要求，影响测量精度，因为侧光反射入镜头。

使用相同尺寸的平行逆光测量，所有光线方向统一，图像边缘锐利，像素过度减少。同时，可以提高成像的稳定性和精度，进一步减少环境散光的干扰。

前光照明方式。

1.直射光应用低角度

结构说明：低角度照射，表面平整部位反光不能进入镜头，图像亮度低；不平整部位反光进入镜头，图像亮度高。

主要应用：表面划痕检测、标注字符检测识别、表面异物检测、边缘尺寸测量、定位、倒角测量、冲压、铸造字符图案检测识别等项目。

优势：安装方便.效果稳定。

缺点：透明物质.表面划伤边缘起毛效果不明显，现场要求光源必须在一定高度，影响效果。

常见光源：条状光.线状光.低角环状光等。

低角光源照射，图像背景为黑色，即暗场照明，可显示45~60°的坡度信息，如物体的边缘倒角，表面有杂乱的碰伤.划痕.雕刻特征。

2.直射光高角度应用。

结构说明：高角度照射，表面平面反射更容易进入镜头，图像亮度更高；不平整的部分反射混乱，部分光线不能进入镜头，图像亮度较低。

主要用途：表面细微划伤检测、标注字符检测鉴定、表面异物检测、边缘尺寸测量、定位、冲压、铸造字符图案监测鉴定等项目。

优势：明显的效果，清晰的细节。

缺陷：很难调整均匀性。

常见光源：高角环光.条形光.面光源.同轴光.点光。

高角光源照射，图像背景为白色，即照明场地照射，能显示物体表面平整区的轮廓特征，表面较杂乱划伤.阶梯等特征也可显示，表面粗糙度不一样或反射光率不一样的区域也会有显著差异。

折射光应用

结构描述：光源放置在待检查物体的下方或一侧，通过平面表面的直射光线垂直射入工件，并从另一侧射出。在平面部分，透射光沿着与入射光相同的方向射出，表面不平整部分的透射光遵循折射规律并偏离入射光的方向；此时，镜头主轴垂直于工件表面，平面部分在图像中呈现明亮的背景特征，而不平面部分则相反，在明亮的背景中呈现暗特征。

主要用途：对透明物体表面进行细微划痕.识别和检测形状图案.检测物体表面的平整度和厚度。

优点：效果明显，细节清晰，稳定性好。

缺点：结构安装有些不方便。

常见光源：面光源.点阵光源.透明图层光源等。

散射光应用

直射光从检测目标的一侧照射，当光线照射到微观粗糙结构时发生散射。没有散射的区域是一个黑暗的领域。图像中的亮度相对较低，散射区的亮度相对较高。

应用技巧：尽量选择波长较短的光源，确保透射性能好。

主要用途：玻璃.塑胶.表面激光雕刻字符识别与检测.透明薄膜边缘定位测定等透明物体细微划伤检测。

优势：明显的效果，清晰的细节。

难点：在某些情况下，对光源亮度的要求较高，需要检测有效距离较远。

常见的光源：线性光源.条形光源.点光源等大多数情况下需要特制光源)。

色彩过滤和加强。

反射率表面自然色相同或相近的光照射到物体后，反射率表面自然颜色的光照射在物体上。使用这个原理可以增强图像效果，过滤背景干扰。

右边的图片显示了啤酒瓶的盖子。测试目标是上面的喷墨代码。每个盖子都有不同的背景颜色和图案，如个和第二个和第三个所示。如果选择与背景颜色和绿色的背景。如果选择与背景颜色一致的光源照射，背景被过滤或大大削弱，字符检测和识别不再受到干扰，可以获得图纸中的效果。

视觉光源照明方案如何选择/设计。

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