高精度針孔檢測設(shè)備
More >>
您所在的位置:精質(zhì)視覺 > 新聞中心>視覺檢測怎么才能獲取到好圖像
2022-07-20 10:28:50 精質(zhì)視覺
機(jī)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。
一幅好的圖像應(yīng)該具備如下條件:
對比度:對比度明顯,目標(biāo)與背景的邊界對比清晰,要求目標(biāo)與背景灰度值至少相差30以上;
均勻性:要求圖片整體亮度均勻,或整體不均勻但灰度差不影響圖像處理;
真實(shí)性:與顏色有關(guān)的還需要顏色真實(shí),亮度適中,不過度曝光,過度像素滿足精度檢測要求;
干擾性:背景盡量淡化。
而光源是影響機(jī)器視覺系統(tǒng)圖像質(zhì)量的重要因素,它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量,所以在整個機(jī)器視覺系統(tǒng)中,光源有著關(guān)鍵性的作用。
由于目前尚沒有一個通用的機(jī)器視覺照明設(shè)備,因此針對每個特定的案例,設(shè)計合適的照明裝置,以達(dá)到最佳效果。
常見的視覺光源
機(jī)器視覺常用的一些光源主要有:LED燈、光纖鹵素?zé)?、氙燈、高頻熒光燈等。
01 LED燈
壽命約30000-100000小時;
優(yōu)點(diǎn):可以使用多個LED達(dá)到高亮度,同時可組合不同的形狀,響應(yīng)速度快,波長可以根據(jù)用途選擇。
02 光纖鹵素?zé)?span style="display:none">zln機(jī)器視覺檢測設(shè)備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質(zhì)視覺
使用壽命約1000小時左右;
優(yōu)點(diǎn):亮度高;
缺點(diǎn):影響速度慢,幾乎沒有光亮度和色溫的變化。
03 氙燈
使用壽命約1000小時左右;
優(yōu)點(diǎn):亮度高,色溫與日光接近;
缺點(diǎn):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(yán)格、易碎。
04 熒光燈
使用壽命約1500-3000小時;
優(yōu)點(diǎn):擴(kuò)散性好、適合大面積均勻照射;
缺點(diǎn):響應(yīng)速度慢,亮度較暗。
各種視覺打光方式
背光照明方式
1、漫射背光源貫穿透射結(jié)構(gòu)描述:漫射背光源置于待測工件正下方,攝像系統(tǒng)垂直于工件和光源進(jìn)行拍照。
主要應(yīng)用:存在性檢測、計數(shù)、薄片邊緣檢測、透明體表面和內(nèi)部不透明異物或臟污檢測、透明體和半透明體突變型和部分漸變?nèi)毕?、鏤空打標(biāo)檢測等。
優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單,整體價格較低,尺寸檢測效果穩(wěn)定可靠。一般情況下圖像只有黑白兩種區(qū)域,便于處理。相機(jī)正對光源拍攝,亮度容易滿足。
缺點(diǎn):大部分在線檢測項(xiàng)目不方便使用;多層交疊不透明體會互相干擾;有一定厚度,帶倒角、圓角的物體或者圓柱體尺寸測量容易出現(xiàn)邊緣發(fā)虛現(xiàn)象,結(jié)果會有偏差,如果測量精度要求很高,則可靠性不高。
應(yīng)用技巧:光源面積夠用即可,面積過大會影響邊緣效果;光源距離工件遠(yuǎn)一些,效果會在一定程度上改善;使用物方遠(yuǎn)心鏡頭,可以提高穩(wěn)定性;圖像亮度不宜過曝,通常最亮部分的灰度值不大于220。
2、平行背光源貫穿透射結(jié)構(gòu)描述:平行背光源置于待測工件正下方,攝像系統(tǒng)垂直于工件和光源進(jìn)行拍照。
主要應(yīng)用:產(chǎn)品邊緣形狀導(dǎo)致的不適合使用漫射背光源的精確邊緣檢測、定位和尺寸測量等項(xiàng)目。
優(yōu)點(diǎn):光線平行性好,圖像效果極佳,測量精度高,準(zhǔn)確穩(wěn)定。
缺點(diǎn):光源本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高、對其他配套硬件要求也比較高(例如需配合遠(yuǎn)心鏡頭使用等)、安裝調(diào)試要求高。
應(yīng)用技巧:光源與鏡頭必須調(diào)同軸,如果對不準(zhǔn),效果很差,一旦對準(zhǔn),效果極好。調(diào)好后穩(wěn)妥固定,以免使用過程中由于震動或不對稱外力長期影響而錯位。
漫射光方向比較散亂,被瓶身折射后依然是雜散光,整體上比較均勻,瓶子輪廓與背景對比不明顯。
平行光照射情況下,邊緣區(qū)域?qū)⒐饩€折射到鏡頭入瞳之外的區(qū)域,顯示為黑色,與背景對比很明顯。
使用漫射背光測量,由于側(cè)部光線被反射進(jìn)入鏡頭,會出現(xiàn)上圖所示的“發(fā)虛”現(xiàn)象,過渡像素較多,無法滿足高精度測量要求,影響測量的精度。
使用同樣大小的平行背光測量,全部光線方向統(tǒng)一,圖像邊緣很銳利,像素過度減少。同時配合遠(yuǎn)心鏡頭使用,可以提高成像穩(wěn)定性和精度,也可進(jìn)一步減少環(huán)境雜散光的干擾。
前光照明方式1、低角度直射光應(yīng)用
結(jié)構(gòu)描述:低角度照射,表面平整部位反光無法進(jìn)入鏡頭,圖像亮度較低;不平整部位反光進(jìn)入鏡頭,圖像亮度較高。
主要應(yīng)用:表面劃傷檢測,打標(biāo)字符檢測與識別,表面異物檢測,邊緣尺寸測量,定位,倒角測量,沖壓,澆鑄字符圖案檢測與識別等項(xiàng)目。
優(yōu)點(diǎn):便于安裝、效果穩(wěn)定。
缺點(diǎn):透明物質(zhì)、表面劃傷邊緣起毛的效果不明顯,有些情況下現(xiàn)場要求光源必須處于一定高度之上,影響效果。
常用光源:條形光、線形光、低角度環(huán)形光等。
低角度光源照射,圖像背景為黑色,即暗場照明,可以顯現(xiàn)物體邊緣倒角等45~60°的坡度信息,表面比較雜亂的碰傷、劃傷、雕刻特征也可以顯示出來。
2、高角度直射光應(yīng)用
結(jié)構(gòu)描述:高角度照射,表面平整部位反光比較容易進(jìn)入鏡頭,圖像亮度較高;不平整部位反光雜亂,部分光線進(jìn)入不到鏡頭,圖像亮度較低。
主要應(yīng)用:表面細(xì)微劃傷檢測,打標(biāo)字符檢測與識別,表面異物檢測,邊緣尺寸測量,定位,沖壓,澆鑄字符圖案監(jiān)測與識別等項(xiàng)目。
優(yōu)點(diǎn):效果明顯,細(xì)節(jié)清晰。
缺點(diǎn):均勻性調(diào)節(jié)有一定難度。
常用光源:高角度環(huán)形光、條形光、面光源、同軸光、點(diǎn)光。
高角度光源照射,圖像背景為白色,即明場照射,可以顯現(xiàn)物體表面平整區(qū)域的輪廓特征,表面比較雜亂的劃傷、階梯等特征也可以顯示出來,表面粗糙程度不同或光反射率不同的區(qū)域也會有明顯差異。
折射光應(yīng)用
結(jié)構(gòu)描述:光源置于待檢物體下方或者一側(cè),直射光線經(jīng)平整表面垂直射入工件并從另一側(cè)射出。在平整表面部分,透射光線沿著與入射光線一致的方向射出,不平整表面部分的透射光線則遵循折射定律與入射光線的方向出現(xiàn)偏移;此時鏡頭主軸垂直工件表面,平整部分將在圖像中呈現(xiàn)為亮背景特征,而不平整部分則相反,將在明亮背景上呈現(xiàn)為暗特征。
主要應(yīng)用:透明物體表面細(xì)微劃傷檢測、形狀圖案識別與檢測、物體表面平整度與厚度均勻性檢測等。
優(yōu)點(diǎn):效果明顯,細(xì)節(jié)清晰,穩(wěn)定性好。
缺點(diǎn):有些情況下,結(jié)構(gòu)安裝不方便。
常用光源:面光源、點(diǎn)陣光源、帶透明圖層面光源等。
散射光應(yīng)用
直射光從檢測目標(biāo)單側(cè)照射,光線照射到微觀粗糙結(jié)構(gòu)時發(fā)生散射,沒有散射的區(qū)域?yàn)榘祱?,在圖像中亮度比較低,發(fā)生散射的區(qū)域亮度比較高。
應(yīng)用技巧:保證透射性能良好的情況下,盡可能選擇波長比較短的光源。
主要應(yīng)用:玻璃、塑料等透明物體細(xì)微劃傷檢測、表面激光雕刻字符識別與檢測、透明薄膜邊緣定位測量等項(xiàng)目。
優(yōu)點(diǎn):效果明顯,細(xì)節(jié)清晰。
難點(diǎn):有些情況下,要求檢測有效距離比較遠(yuǎn),對光源亮度要求比較高。
常用光源:線形光、條形光、點(diǎn)光等(大多數(shù)情況下需特制光源)。
顏色過濾與加強(qiáng)與物體表面自然色相同或相近顏色的光照射到物體上之后,反射率比較高;對比色照射,則反射率較低。利用這一原理,可以實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)圖像效果、過濾背景干擾的目的。
右圖為啤酒瓶蓋子,檢測目標(biāo)是上面的噴碼,每種蓋子會有不同的背景色和圖樣,如第一幅所示,第二幅和第三幅所使用蓋子為藍(lán)色和綠色背景。選擇和背景顏色一致的光源照射,即可獲得圖中的效果,背景被過濾掉或者大幅削弱,字符檢測和識別不再受干擾。
如何選擇/設(shè)計視覺光源照明方案
1、基本思路光照射到物體表面之后,會發(fā)生一系列光學(xué)現(xiàn)象,主要包括鏡面反射、漫反射、表面散射、折射、背散射、透射、背反射、色散等。還有一部分光被物體吸收,各種情況發(fā)生的條件由物體表面的形狀、微觀結(jié)構(gòu)、顏色、化學(xué)成分等客觀條件決定。
不同的表面發(fā)生各種光學(xué)現(xiàn)象的差異很大,例如鍍膜良好的鏡子表面,光照射之后幾乎全部被反射,也就是鏡面反射占了最主要的成分;光線接近垂直照射到玻璃上之后,幾乎全部穿透,從另一面發(fā)射出去,這種情況下透射占了最主要的成分;黑色粗糙表面,基本沒有光反射或者透射,幾乎全部光會被吸收掉。
除此之外,光學(xué)效果還取決于光源的發(fā)光方式和照射方式,例如漫射光均勻照射可以消除物體表面不平整造成的差異。而平行光照射則恰好相反,能夠突出物體表面不平整的特征。
因此想得到預(yù)期效果,需要選擇合適的光源和恰當(dāng)?shù)恼丈浞绞健?span style="display:none">zln機(jī)器視覺檢測設(shè)備_CCD視覺檢測_外觀缺陷檢測系統(tǒng)_精質(zhì)視覺
2、選光源的一般過程
了解項(xiàng)目需求,明確要檢測或者測量的目標(biāo);
分析目標(biāo)與背景的區(qū)別,找出兩者之間成像差異最大的光學(xué)現(xiàn)象;
根據(jù)光源與目標(biāo)之間的配合關(guān)系,初步確定光源的發(fā)光類型及顏色;
拿實(shí)際光源測試,以確定滿足要求的打光方式;
根據(jù)具體情況,確定適用客戶的產(chǎn)品。