摘要 介绍了光源照明技能在机器视觉中的重要性。经过对光源照明规划中光源品种和根底照明等许多技能的理论剖析，结合光源照明技能在工程事例中的运用技巧，探求了规划光源照明体系时要注意的问题和准则。
关键词 机器视觉；光源照明；光源品种；照明技能
机器视觉是计算机科学的一个分支，是用机器代替人眼做各种丈量和判别。一个典型的机器视觉体系包含图画收集、图画处理、运动操控部分等。图画收集是一个重要的环节，它将被测物的可视化图画和特征转化为能被计算机处理的一系列数据。图画收集部分由光源(S)、光学照明体系(O)、被测物(P)、镜头(L)、摄像机(C)构成，收集进程如图1所示。可描绘为，在光源供给照明的条件下，被测物的图画经过镜头在摄像机传感器上得到明晰的图画，传感器将图画转换为模仿或数字视频信号，终究经过图画收集卡传输给图画处理部分。
因而，进行合理的光源照明规划，使被测物中的方针信息与布景信息得到最佳别离，能够大幅下降图画处理算法切割和辨认的难度，一起进步体系的定位、丈量精度，使体系的可靠性和综合性得到进步。反之，假如光源照明规划不妥，会导致在图画处理算法规划和成像体系规划中得不偿失。光源照明规划是决议体系胜败的首要要素。光源照明规划要考虑多方面问题，首要是光源的品种和特性、根底照明技能、方针及其布景的光反射和传送特性。
1 光源照明技能
1．1 光源品种和特性
抱负的光源应该是亮堂、均匀、安稳的。光源品种较多，根据发光器材自身能够分为卤素灯、荧光灯、LED灯、氙灯等，表1列出了几种首要光源的相关特性。
现在的发展趋势是LED(Light Emitting Diode)发光二极管光源的运用。LED光源的最大长处是发光效率高、呼应速度快、体积小、功耗低、发光安稳、寿命长、易于组成不同形状的光源等。光源的特性在光源照明规划中至关重要，首要触及5个要素：(1)方向。操控照耀到物体上的入射光方向是光源照明规划的根本参数，它取决于光源类型和光源相对于物体放置的方位。一般来说，有直射光和漫射光两种根本办法。(2)光谱。光是由单一或多种成分的光谱组成，摄像头传感器获取的光色彩取决于光源所发生的光类型，以及掩盖在光源或摄像机镜头上的光学滤色镜。(3)偏振性。在镜面式的反射光中保留了这种偏振性，运用这种特性，使镜面眩光掠过摄像机镜头，来消除镜面反射光的影响。(4)强度。光照强度会影响摄像头的曝光，光线缺乏则意味着低比照度，就要加大扩大倍数，但或许一起将噪音扩大，也或许使镜头的光圈加大，但景深减小。反之，强度过大会糟蹋能量，并带来散热问题。(5)均匀性。在光源照明中，一切光源跟着间隔的增大和照耀角的违背，其照耀强度将减小。尤其在大面积物体照明时，均匀性是必需要考虑的问题。
1．2 根底照明技能
机器视觉照明规划的使命便是使被测物的特征与布景图画特征之间发生最大的比照度，然后易于特征区别。一般触及以下照明技能：(1)明／暗场照明。暗场照明是相对于物体外表供给低视点照明，运用摄像机拍照物体，假如镜头处在反射光线的视界内，归于明场照明，否则是暗场照明。因而是明场照明仍是暗场照明与摄像机和光源的相对方位有关。(2)背光照明。从物体反面射过来均匀视场的光，背光照明发生了较强的比照度，常用于丈量物体的尺度和定物体的方向，但物体外表特征或许会丢掉。(3)漫射照明。常运用于反射性不规则或有杂乱视点的物体外表，以减小阴影及镜面反射。(4)同轴照明。对检测强反射的物体特别有协助，还适宜受周围环境发生阴影影响检测或面积不显着的物体。(5)结构光照明。典型的结构光有激光和光纤，结构光能够用于丈量相机到光源的间隔。
1．3 被测物及其布景的光反射和传送特性
运用被测物及其布景对光的反射和传送特性的差异进行光源照明规划，能够强化被测物和布景的比照度，即进步图画作用。首要考虑两个特性：(1)反射特性。物体反射光线有两种不同的反射特性：直反射和漫反射。直反射：光线的反射角等于入射角，直反射有时用处很大，有时又或许发生极强的眩光。在大多数状况应防止镜面反射。漫反射：照耀到物体上的光从各个方向漫散出去。在大多数实践状况下，漫散光在某个视点范围内构成，并取决于入射光的视点。两种反射的暗示作用如图2所示。(2)相减色。反射时，从光谱中去除某些波长的光。如白光照耀到赤色物体后，赤色光谱被反射，而其他成份则被物体吸收。
2 事例中的光源照明规划剖析
以“根据机器视觉的滴灌带质量检测”项目为布景，检测方针是黑色软质胶管上滴头的鸿沟、概括以及滴头中圆孔的方位，如图4所示。图画处理算法首要选用Canny边际检测和Hough圆检测等。
2．1 滴灌带的光特性剖析
(1)远景(滴头)和布景(滴灌带)均为黑色，决议最好挑选光照强度较大、色彩为白色的光源品种。
(2)窄直射光照耀滴灌带外表，光以反射为主，漫射为辅。剖析办法：根据光学原理，用条形白光直射滴灌带空白区域，镜头置在反射光的视界内，若经过摄像机能够观察到显着的“明视场”，则阐明胶管外表对直射光线以直反射为主，漫反射为辅。实验作用如图3所示。
(3)滴头表里空白域与滴头鸿沟光反射特性显着不同。滴灌带外表能够被看做两部分：空白区域和凸起的鸿沟与纹理。根据光的几许原理，选用双侧条形白光明视场照耀滴灌带，滴头表里的空白域成像作用相同，而滴头上下鸿沟总有显着阴影，实验作用如图4所示。这是由于从微观上，凸起的鸿沟与纹理本质是不规则的曲面，当光线以特定视点直射时，曲面反射并进入摄像机的光线总是比平面反射进入摄像机的光线少，由MTF=S×O×P×L×C得知，摄像机所观察到的贴片鸿沟和纹络的亮度总是比周围空白区域的亮度小得多。工程实践中正是根据这一成像原理对滴灌带上的滴头进行定位的。
(4)滴灌带质软、易变形及其在生产线上水平运动等要素，使每次拍照的滴头图画略有改变，会影响后续图画处理作用。因而，实践中有必要选用有用的机械办法使滴灌带外表尽量平坦，并运用发光面积较大的光源。
2．2 实验成果及剖析
结合以上光源特性和被测物光特性的剖析，选用如下若干可选光源，几种实验比照作用如图5所示，实验剖析比照成果如表2所示。
2．3 图画处理后作用
在理论和实验的根底上，并考虑性价比，终究选用环形高亮白光、高视点(与水平方向呈75°夹角)直射式光源，照明办法为明视场、不加漫射板。将收集到的图画，在VC6．0编译环境中，选用OpenCV1．0算法库中的Canny边际检测、Hough圆检测等算法进行处理。成果表明，滴灌带上的滴头和圆孔检测作用抱负，如图6所示。由此阐明，该体系中的光源照明规划是合理的。
3 结束语
综上所述，机器视觉中的光源照明规划没有固定的形式。根据上述理论办法和准则，开始挑选适宜光源品种和科学的照明办法，至于终究确认的光源照明办法，则要进行重复实验，在实践中进一步批改改善。
