矩课堂 | 机器视觉中不同类型光源、不同打光方式的效果研究

2022-06-07
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摘要 “机器视觉项目的成败在于能否得到一张打光优秀的图片”,据说这句话在有经验的机器视觉工程师圈子里,广为流传。这句话的确很有参考价值,如果采集到的图片本身“质量”很差,那么接下来的图像处...

“机器视觉项目的成败在于能否得到一张打光优秀的图片”,据说这句话在有经验的机器视觉工程师圈子里,广为流传。

这句话的确很有参考价值,如果采集到的图片本身“质量”很差,那么接下来的图像处理工作就会困难重重。

由于目前市场上项目需求多种多样,光源的类型也随之十分丰富起来,例如常见的光源有: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。

但是在光源大家族中,说起灵活多变,非环形光莫属。

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。

经小矩查证,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的夹角”。

今天小矩会采用后一种定义方式来描述。

为什么说环形光最灵活多变?

因为它的口径、角度、光的颜色、安装高度都可以不同,差异化较大。

接下来,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。

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。

一、90°环形光(即光源照射方向与竖直方向成90°的环形光)

① 光源高度太高,光源的光反射之后很少进入相机,视场很黑。

② 光源高度适中,基本把镜片划伤部分照亮了

③ 光源高度与待测物件平齐,照亮了略高的镜头模组边缘

④ 光源高度极低,视场很黑

二、30°环形光

① 光源高度太高,镜片底下的背景被明显照亮,造成干扰

② 光源高度升高后,镜片背后的背景隐约透了出来,造成干扰

③ 光源高度只略微高于待测物,玻璃镜片划伤较为清晰。

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。

但这未必是最佳的方案。

接下来,采用背光进行测试效果:

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。

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。

物体之所以能在相机中成像,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。

文章的最后,提供一个小技巧:

在只有光源,没有相机的情况下,如何猜测相机采集到的图像是什么样的呢?

模仿相机姿势“观察”被测物,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。

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