机器视觉照明的三个核心是什么（机器视觉照明的三个核心技术）

正确的照明设计对于确保机器视觉项目的成功至关重要。忽视这一点是机器视觉项目失败的最常见原因之一。

机器视觉照明是一个广泛的主题，但这篇短文可能对您有用，因为一些核心概念并不广为人知。有人说，如果你不能简单地解释它，你就理解得不够好，所以我们会尽量省略繁琐的数学和术语，用最简单的三个核心来描述它。我们将从三个核心陈述开始：机器视觉照明的使命不是照亮它，而是创造可靠的差异化，使预期的检查程序能够发挥作用。对于传统的基于规则的机器视觉（与深度学习相反），产生的差异通常也需要是简单的规则类型。机器视觉照明设计不仅仅是光源的问题，而是光源、相机或成像系统与工件之间的三向几何关系。选择相机或工件的位置和方向通常是照明设计的一部分，而这三项之间的几何关系始终是照明设计的一部分。

正确的照明设计对于确保机器视觉项目的成功至关重要。这句话可能看起来非常例行公事、陈词滥调。但忽视这一点是机器视觉项目失败的最常见原因之一。让我们将讨论范围缩小到2D 成像和传统的基于规则（具有深度学习）的机器视觉，以简化我们的讨论。您已经直观地了解了机器视觉照明设计的一些主要概念，即使您不认识它们或将它们应用到机器视觉中。让我们看看如何识别和描述它们，以便将它们应用于机器视觉解决方案。

图1 对于我们的示例，我们将使用图1 中所示的光泽打印。我们还引入了一个缺陷：色轮的黄色和橙色部分上有折痕/凹痕。

STAR 缩写涵盖了光照射工件的四种主要命运（散射、透射、吸收、反射）。理解和使用这些行为是机器视觉照明设计的核心。散射和反射是值得关注的问题，如图2 所示。

图2 光亮表面的平坦部分导致部分光束以与入射角相同的角度向相反方向反射。反射光束非常强。闪亮的表面有点像镜子。如果您将眼睛放在光束中观察表面，您将看到光源的图像，而不是产品的图像。一个常见的术语是眩光。光线下的深色卡片将光线转换为工件该部分上的任何颜色，并将其向各个方向散射。在任何给定接收点接收到的散射光都比该点的反射光弱得多。

第一个检查任务是测量我们放在色轮上的部分折痕/凹痕的大致长度，看看它是否严重到足以拒绝产品。虽然图1 中使用的照明按照大多数标准来说都很好，但它可能是可用于此任务的最差照明；它使凹痕完全看不见。但如果我们将卡片交给您，您将直观地知道如何创建正确的照明解决方案来完成工作。您可以在房间内选择具有较大发光面积的光源，例如2' x 4' 漫射吸顶灯或可让明亮光线从外部射入的窗户。将卡片平放，以便您可以看到其上光源发出的眩光，然后进行调整，使眩光覆盖整个感兴趣的区域。

这一调整创造了“简单规则”的差异化。规则是“好地方亮，坏地方暗”。您的视线图片将如图3 所示，其中眩光覆盖了整个图像。从那里，您的大脑或机器视觉程序可以轻松地通过亮度/暗度区分缺陷并对其进行评估。眩光区域称为镜面照明解决方案。

图3 您可能已经选择了为凹痕创建可靠、简单的规则区分的最佳方法，但还有其他方法。一种可能性是以如此低的角度引入光线，使得凹口在其内部区域投射阴影。这种效应是术语“暗场”的众多含义之一。另一种方法是将您的眼睛/相机放置在平坦表面不会产生眩光的位置，并依靠凹痕内的闪亮部分以直角为您提供明亮的镜面反射（图4）。

图4 第二个任务是测量并验证黄色部分的面积。为此，我们需要将黄色部分与其相邻部分分开。提前考虑一下，您将使用颜色分析软件工具来完成此操作。在随机随机照明中，工件的某些区域会出现眩光。请注意图3 中眩光区域的颜色很难看到，这会导致机器视觉解决方案的鲁棒性较差。如果您收到一张卡片，您可以通过移动卡片来直观地创建适当的照明解决方案，使感兴趣的区域无眩光，如图1 所示。

然后，您的机器视觉相机和软件可以轻松隔离、测量和验证黄色区域。以下是从这个过程中学到的另外三个技巧：

1. 与机器视觉流程的常见情况一样，设计从后期开始并从那里向后进行。这并不意味着预先设计整个程序。它确实意味着选择利用照明解决方案的程序的核心方法。对于我们的示例，这些是按颜色或明度/暗度区分的软件工具。

2. 我们并没有看到主要解决方案的缺陷。我们看到的是一个缺乏平坦镜面反射的区域。

3、光源最重要的特性是其发射面积，即发光面积的几何形状。平坦的表面使我们的颜色识别任务变得简单。这些表面都处于相同的角度，因此更容易避免眩光，并且平坦的表面不会在自身上投射阴影。对于更复杂的形状，这两种效应变得更难以避免。一种技术是使用极其漫射的光源，从各个方向提供低水平的光。一个典型的例子是尺寸和位置合适的头顶灯。

它的行为就像外面的多云天空，没有来自太阳的直射光，每一片天空都是被照亮的云（低水平光源）。人们凭直觉知道如何做的事情，他们往往不知道如何应用于机器视觉。一位客户在光滑表面上读取字符时遇到困难，并寻求额外的机器视觉软件培训课程来解决该问题。我们看到图像并重现了这个问题，有人认为在相机上安装环形灯是照亮它的好方法，这与任务要求完全相反。我们关掉灯，将五金店的手电筒放在正确的位置，他们两年的问题就解决了。这进一步强调了将基本原则应用于照明设计的重要性。我希望这篇文章为您提供了有用的介绍。

编辑：黄飞