機(jī)器視覺如何選擇合適的光源

機(jī)器視覺系統(tǒng)由工業(yè)鏡頭、工業(yè)相機(jī)、視覺光源、軟件系統(tǒng)等組成，其中光源的作用是將被測物體與背景明顯分別，獲取高品質(zhì)的圖像，在視覺系統(tǒng)中起著重要作用，選擇合適的光源是視覺系統(tǒng)搭建的重要環(huán)節(jié)。機(jī)器視覺光源除了有很多類型也有不同的顏色區(qū)分，具體應(yīng)該如何選擇呢？

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機(jī)器視覺光源顏色

白色光源（W）：白色光源通常用色溫來界定，色溫高的顏色偏藍(lán)色（冷色色溫》5000K），色溫低的顏色偏紅（暖色色溫《3300與5000K），之間的稱之為中間色，白色光源適用性廣，亮度高，在拍攝彩色圖像時(shí)使用更多。藍(lán)色光源（B）：藍(lán)色光源波長在430-480之間，適用產(chǎn)品：銀色背景產(chǎn)品（如鈑金，車加工件等）、薄膜上金屬印刷品。紅色光源（R）：紅色光源的波長通常在600-720之間，可以透過一些比較暗的物體，例如底材黑色的透明軟板孔位定位、綠色線路板線路檢測，透光膜厚度檢測等，采用紅色光源更能提高對比度。綠色光源（G）：綠色光源波長510-530，介于紅色與藍(lán)色之間，主要針對紅色背景產(chǎn)品，銀色背景產(chǎn)品。

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光源顏色的選擇攻略

機(jī)器視覺光源有多種類型，選擇合理的光源顏色可以使特征和周圍區(qū)域產(chǎn)生足夠的灰度值差異。 在選擇視覺光源時(shí)，會(huì)涉及到許多角度、形狀、亮度、顏色等參數(shù)，為了最大程度地區(qū)分物體和背景，通常選擇彩色互補(bǔ)光源。選擇合理的光源顏色可以使特征和周圍背景區(qū)域產(chǎn)生足夠的灰度差異，一般來說，如果使用黑白相機(jī)，并且沒有對被測對象的顏色選擇特殊要求，紅色是更合適的選擇。 因?yàn)榧t色LED壽命長、穩(wěn)定、價(jià)格低廉，更重要的是紅色LED的波長更接近傳感器的靈敏度峰值，而通常的CCD對紫色、藍(lán)色的光敏感程度沒有紅光強(qiáng)。 如果進(jìn)行彩色成像，則通常考慮使用白色光源。白色LED光源的制造有幾種方法，一種是使用白色LED制造，發(fā)光管內(nèi)部有藍(lán)色發(fā)光芯片與受到激發(fā)后發(fā)出黃色的熒光粉，發(fā)出的光按一定比例疊加到一起，看起來形成了白色，這是最為常見的形式。另一種方法是使用紅綠藍(lán)三種不同顏色的LED，按某種順序或方式在光源上進(jìn)行排列，并分別控制每種顏色的度，使用相對方便。此種方法通常使用四個(gè)單色RGGB顆粒進(jìn)行排列，所以其中的綠色分量通常會(huì)比較足，之所以多加一個(gè)綠色的G通量，是因?yàn)槿搜蹖G色光源（波長555nm）最敏感。 機(jī)器視覺應(yīng)用中應(yīng)注意目標(biāo)顏色與光源顏色的搭配，我們看到某個(gè)物體成某種顏色，是因?yàn)槠浞瓷淞藢?yīng)的光譜。我們拍攝物體時(shí)，如果要將某種顏色打成白色，那么就得使用與此顏色相同或相似的光源（光的波長一樣或接近），而如果要打成黑色，則需要選擇與目標(biāo)顏色波長差較大的光源。 視覺應(yīng)用中，為目標(biāo)顏色合理地選擇光源的顏色有利于降低算法難度、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

同類色

同類色指色相性質(zhì)相同，但色度有深淺之分。 是色相環(huán)中15°夾角內(nèi)的顏色。 如深紅與淺紅，深藍(lán)與淺藍(lán)。

鄰近色

鄰近色，就是在色帶上相鄰近的顏色。 例如紅色和橙色。 是色相環(huán)中，凡在60度范圍之內(nèi)的顏色都屬鄰近色的范圍

互補(bǔ)色/對比色

有非常強(qiáng)烈的對比度，在顏色飽和度很高的情況下，可以創(chuàng)建很多十分震撼的視覺效果。 例如橙和藍(lán)、紅和綠、黃和紫。 在色相環(huán)中每一個(gè)顏色對面(180度對角)的顏色。

類似色

類似色是指在色輪上相鄰的三個(gè)顏色。 在色輪上90度角內(nèi)的色統(tǒng)稱為類似色。 例如紅－紅橙－橙、黃－黃綠－綠、青－青紫－紫等均為類似色。

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實(shí)例分析

在彩色相機(jī)下，除了黑色和灰色，線條不明顯，其他如白色、紫色、藍(lán)色、綠色、黃色、橙色、紅色、棕色等都明顯，充滿鮮艷的色彩。 多色排線在白色光源下的黑白相機(jī)大尺度成像，可以發(fā)現(xiàn)其中的白色、黃色、綠色、橙色較明亮，說明相機(jī)對這些波長比較敏感。 在紅光下成像時(shí)，白、紅、橙、黃幾種顏色比較明顯，其它的顏色都很暗，說明紅光照射物體時(shí)，物體本身有紅色分量時(shí)，才能反射紅光，在黑白相機(jī)下表現(xiàn)為紅色特征。 線條排列在綠色光源黑白相機(jī)成像中，白色、綠色、黃色表現(xiàn)明亮，其他顏色成像較暗。 在藍(lán)色光源下，白色、紫色和藍(lán)色線條更加明亮，有效地反射藍(lán)光。還可以發(fā)現(xiàn)，不管什么光照，白線都形成一個(gè)清晰的白色，因?yàn)樗晃展庾V本身，任何在其表面上照射的光譜都會(huì)被反射。相反，黑色材料在照射時(shí)不反射黑色。 此外，在衍射中，衍射條紋的寬度與波長成正比。例如，單縫衍射的中心平面條紋的半角寬度是sintheta＝λ/a，λ是波長，a是單縫衍射的寬度。 在攝影中，表面通常不是很光滑，導(dǎo)致衍射，所以用紅光衍射會(huì)比用藍(lán)光衍射強(qiáng)。因此，紅光通常被用來獲得更多的表面細(xì)節(jié)，而藍(lán)色光被用來獲得更多的對比度。 透鏡的分辨公式為0.61／NA，λ為波長，NA為數(shù)值孔徑。 可以看出，當(dāng)NA固定并且使用不同波長和顏色的光時(shí)，透鏡的分辨率是不同的。因此，當(dāng)使用光源時(shí)，同一透鏡在藍(lán)光中的分辨率通常高于紅光。