机器视觉光源概述（选型参考）
?
本文轉(zhuǎn)載，方便查閱。原文鏈接：https://blog.csdn.net/OPT_Vision/article/details/108443395?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-2.control&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-2.control
目錄
?
機器視覺光源概述
一、光源的作用
二、常見的視覺光源
三、光源基本性能
總結(jié)
機器視覺光源概述
??光源分為兩大類：自然光源和人造光源。自然光源主要是指日光，還包括星光等。能被有效利用的主要是日光，星光只能用作導航的參照物。早期的人造光源主要是燃燒燃料的一些燈具，如蠟燭、油燈。
一、光源的作用
?? 機器視覺系統(tǒng)的核心是圖像的采集和處理。所有信息均來源于圖像，圖像的質(zhì)量對整個視覺系統(tǒng)極為關(guān)鍵。一幅好的圖像可以提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而大大降低圖像處理算法的難度，同時提高系統(tǒng)的精度和可靠性，合理有效的照明方案尤為重要。
一幅好的圖像應(yīng)該具備如下條件：
?? 1. 對比度：要求目標與背景灰度值一般相差30以上，過渡像素滿足精度檢測要求。
?? 2. 均勻性：要求圖像整體灰度均勻，不均勻但灰度差不影響圖像處理。
?? 3. 真實性：與顏色有關(guān)的需要顏色真實，亮度適中，不過度曝光。
?? 4. 背景盡量淡化。
?? 光源是影響圖像質(zhì)量的重要因素，因為它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量。目前尚沒有一個通用的機器視覺照明設(shè)備。因此，針對每個不同的案例，需要選擇合適的照明裝置，以達到最佳照明效果。
光源的主要作用：
?? 1.照亮目標，提高目標亮度；
?? 2.形成最有利于圖像處理的成像效果；
?? 3.克服環(huán)境光干擾，保證圖像穩(wěn)定性；
?? 4.用作測量的工具或參照。
二、常見的視覺光源
?? 機器視覺常用的光源主要有 LED燈、激光、光纖鹵素燈、 氙燈、高頻熒光燈等。
LED燈
??使用壽命約30000-100000小時； 優(yōu)點：可以使用多個LED達到高 亮度，可組合不同的形狀，響應(yīng)速度快，波長可以根據(jù)用途 選擇。
光纖鹵素燈
??使用壽命約1000小時左右； 優(yōu)點：亮度高； 缺點：響應(yīng)速度慢，幾乎沒有光亮度和色溫的變化。
氙（xiān）燈
??使用壽命約1000小時左右； 優(yōu)點：亮度高，色溫與日光接近； 缺點：響應(yīng)速度慢，發(fā)熱量大， 壽命短、工作電流大、供電安全要求嚴格、易碎。
熒光燈
??使用壽命約1500-3000小時； 優(yōu)點：擴散性好、適合大面積均勻照射；缺點：響應(yīng)速度慢，亮度低。
LED光源的優(yōu)勢
??1、LED光源的響應(yīng)速度比其他光源更快，一般為納秒級。
??2、LED燈的設(shè)計壽命一般在50000小時以上，頻閃使用壽命更長。
??3、與其它類型光源比較，LED光源的光電轉(zhuǎn)化效率更高，節(jié)能環(huán)保。
??4、LED燈可以根據(jù)需求，選擇不同的波段、色溫、顯色指數(shù)等光學參數(shù)。
視覺常用光源綜合性能對比
三、光源基本性能
?
光通量
?? 光通量(luminous flux)指人眼所能感覺到的輻射功率，它等于單位時間內(nèi)某一波段的輻射能量和該波段的相對視見率的乘積。由于人眼對不同波長光的相對視見率不同，所以不同波長光的輻射功率相等時，其光通量并不相等。光源的輻射能通量是指對人眼所引起視覺的物理量。即單位時間內(nèi)某一波段內(nèi)的輻射能量與該波段的相對視見率的乘積。人眼對不同波段的光，視見率不同;故不同波段的光輻射功率相等，而光通量不等。
發(fā)光效率
?? 光源發(fā)出的光通量與其所消耗的電功率的比值，稱為光源的發(fā)光效率，單位為流明每瓦特(lm/w)；例如，某功率為2W的光源，發(fā)射出的光通量為260lm，則該光源此時的發(fā)光效率為130 lm/w。
發(fā)光強度
?? 光強是發(fā)光強度的簡稱。表示光源在單位立體角內(nèi)光通量的多少。 發(fā)光強度是指光源在指定方向上的單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量， 也就是說光源向空間某一方向輻射的光通密度。符號用I表示，國際 單位是candela(坎德拉)簡寫cd。光強代表了光源在不同方向上的 輻射能力。通俗的說發(fā)光強度就是光源所發(fā)出的光的強弱程度。
光照度
?? 被照面單位面積接受的光通量，稱為光照度，單位為勒克斯(lx)，1 lx=1 lm/m2 。光照度是衡量拍攝環(huán)境的一個重要指標。
均勻性
?? 通常指光源發(fā)出的光線在某一受照面的一定范圍內(nèi)的照度值均 勻，亮度一致，則稱為光源在該受照面的照度均勻。光源在該受照面的均勻性受到光源本身的設(shè)計以及光源的工作距離和工作角度等影響。
平行性
?? 理想點光源的光線經(jīng)過特殊透鏡模組，能夠形成出射方向相同 的平行光線。光源平行性越好，光斑就越不容易隨照射距離的變化而發(fā)生形狀大小的改變。平行光源多用于鏡面材料的缺陷檢測、激光雕刻識別等。
色溫
?? 色溫是表示光線中包含顏色成分的一個計量單位。從理論上講， 色溫是指絕對黑體從絕對零度(-273℃)開始加溫后所呈現(xiàn)的顏色。 黑體在受熱后，逐漸由黑變紅，轉(zhuǎn)黃，發(fā)白，最后發(fā)出藍色光。當加熱到一定的溫度，黑體發(fā)出的光所含的光譜成分，就稱為這一溫 度下的色溫，計量單位為“K”(開爾文)、如果某一光源發(fā)出的光， 與某一溫度下黑體發(fā)出的光所含的光譜成分相同，即稱為某K色溫。
顯色性
?? 顯色性是光源的光照射到物體上所產(chǎn)生的客觀效果和對物體真實顏色的顯現(xiàn)程度。光源的顯色性是由顯色指數(shù)(Ra)來表明，它表示物體在光下顏色比基準光(太陽光)照明時顏色的偏離，能較全面反映光源的顏色特性。顯色性高的光源對顏色顯現(xiàn)能力較強，在其照射之下看到的顏色就比較接近自然原色，比較逼真；顯色性低的光源對顏色的顯現(xiàn)能力就比較差，在其照射下看到的物體顏色與自然原色差異也比較大。光源的色溫與顯色性并沒有直接的關(guān)系。國際照明委員會CIE把太陽的顯色指數(shù)定為100，各類光源的顯色指數(shù)各不相同。一般工業(yè)上，光源顯色指數(shù)為Ra=90-100，顯色性優(yōu)秀， 應(yīng)用于色彩精確比對的場所；Ra=80-89，顯色性良好，應(yīng)用于色彩需要正確判斷的場所。OPT標準的LED燈色溫在5000 ~ 7000K范圍， 顯色指數(shù)70-90，高顯指的色溫在2700 ~ 5600K范圍，顯色指數(shù)大于95。
壽命
?? LED燈珠壽命通常在50000小時以上，與傳統(tǒng)光源燈絲熔斷停止發(fā)光不同，LED不會直接停止發(fā)光，而是光通量隨時間流逝而下降，通常以光源的光通量下降到初始的50%作為壽命時長。熱量是影響LED光源壽命的主要因素，通過優(yōu)化LED光源電氣設(shè)計和散熱設(shè)計，采用頻閃觸發(fā)控制光源工作，降低LED工作溫度，能夠有效延長LED光源的壽命。
顏色
?? 光本質(zhì)上是一種電磁波，在整個電磁輻射波譜中，可見光只占 其中一小部分，波長在380nm ~ 780nm之間的那部分可以為人眼所感知，稱為可見光。對不可見光，一般將波長在10nm-400nm之間的光稱為紫外光，將波長在770nm ~ 1mm之間的光稱為紅外光。
?? 1）電磁波譜如圖所示：
?? 2）可見光與近不可見光波段波譜
?? 3）常見LED顏色光譜
?
顏色合成與互補
??從紫色經(jīng)由藍、青、綠、黃、橙到紅色的顏色漸變中，紅、綠、 藍三色中的任意一種均不能由其他兩種調(diào)配出來，而且它們經(jīng)一定比例混合，可以組成包括白光在內(nèi)的任意顏色，因此稱為光的三基色。以此為基底可以建立一種顏色空間，即常說的RGB空間，一 種顏色對應(yīng)該空間中的一個點。除此之外，還有很多其他的顏色空間，例如HSI、CIE、CMY、CMYK(印刷)等。顏色的主要合成關(guān)系 如下表所示，如果兩種顏色含有完全相同的基色成分，則稱這兩種顏色為相同色；如果兩種顏色的組合成分有差異但差異不大，則稱這兩種顏色為相近色；如果兩種顏色沒有任何共同成分、則稱這兩種顏色為對比色；如果兩種顏色以適當比例混合生成白光、則稱這兩種顏色為互補色。
?
顏色的合成
??光照射到物體表面，反射光的顏色主要與物體表面的自然色一 致；光穿過透明的物體之后，透射光的顏色主要與透明體顏色一致。 如果入射的顏色和物體本身顏色一致或者比較接近，則反射率或者透射率會比較高，反之如果入射光與物體的自然色是對比色，則反射率或者透射率會比較低。
??入射和透射示意圖
?
??為了方便應(yīng)用，可以把可見光波段的顏色首尾相接組成一個圓 環(huán)，即所謂的色環(huán)。色環(huán)中，距離比較近的顏色為相近色或者相鄰 色，圓環(huán)中心對稱的為互補色，離得比較遠的為對比色。在光照環(huán)境中，使用與物體本色相鄰或相同的顏色照射，物體在圖像中的亮 度會相對比較高；反之，如果使用對比色光照，則會使物體在圖像中顯得比較暗。如下圖所示，分別使用三種顏色光照射三基色圖片的效果，左邊從上到下依次是紅、綠、藍光照拍攝的彩色圖片，右邊是對應(yīng)的黑白圖片。從中可以發(fā)現(xiàn)，與照射光相同的顏色將融入到白色背景中去，而與之互補的顏色將變成黑的。因此，選擇合適顏色的光照可以過濾某些干擾背景，也可以加強對比效果。
總結(jié)
??1、光源可以提高圖像的質(zhì)量，從而提高整個機器視覺系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而大大降低圖像處理算法的難度，同時提高系統(tǒng)的精度和可靠性。
??2、常見光源有：LED燈、光纖鹵素燈、氙燈、熒光燈。
??3、光源的基本性能主要是：光通量、發(fā)光效率、發(fā)光強度、光照度、均勻性、平行性、色溫、顯色性、壽命、顏色等。
??4、關(guān)于光源的具體應(yīng)用，見機器視覺中的光源（二）。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的机器视觉光源概述（选型参考）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
- 上一篇： 喜欢的句子
- 下一篇： 蒙特卡洛法求圆周率（python）