視覺檢測背光源強度評估方式——機器視覺是實現人工智慧的重要方式，光源是機器視覺系統實現的基礎

最新 03-24

機器視覺是實現人工智慧的重要方式，光源是機器視覺系統實現的基礎，是決定整個系統成敗的主要因素。傳統對光源能量的評估是以照度為指標，隨著光源在機器視覺系統中重要性的提升，以及光源種類和應用場合的豐富，單純的使用照度指標對不同照明方式的光源進行評估時，設計出來的光源並不能滿足實際應用的需求。基於此方面的需求，本論文提出了一種新的評估方式：背向照明應該採用亮度進行評估，並通過實驗論證了該結論。

機器視覺檢測系統是通過光學系統和半導體感測器實時自動獲取圖像，並通過圖像處理演算法獲得必要信息的一種檢測系統。一般的機器視覺檢測系統包括照明系統、圖像感測器、圖像採集卡以及圖像處理系統。近些年隨著高解析度、高集成度圖像感測器產業的成熟，低價格獲取高質量標準化的圖像感測器成為容易之事，加上計算機科學技術，信息處理設備的微型化、便攜化，通過直接的「拍照」快速獲取信息的方式正逐漸深入到各行各業，尤其是批量作業、危險工作環境。光源是機器視覺獲取圖像的基礎，通過對光源的改進與設計可以高效的提取出所需目標信息，極大地提高圖像處理和識別的效率，提高系統測量精度和可靠性；反之，光源的錯誤使用則會造成圖像處理複雜度提高，系統效率低下。因此，光源是是機器視覺獲得圖像的基礎，是決定整個系統成敗的關鍵因素。

目前對於光源強度的評估都是以照度為標準，隨著光源在機器視覺系統中重要性的提升，以及光源種類和應用場合的豐富，單純的使用照度指標對不同照明方式的光源進行評估時，設計出來的光源並不能滿足實際應用的需求。基於此方面的需求，本論文提出了一種新的評估方式：背向照明應該採用亮度進行評估，並通過實驗論證了該結論：

1.理論分析

機器視覺中評價光源質量的指標有光通量、照度、亮度、色溫、顯色性、壽命等。其中，照度、亮度都是衡量光源強度的指標，是兩個既關聯又不同的物理量。亮度：指的是人在看光源時，眼睛感覺到的光亮度，更側重的是人的感受程度。我們常說一個地方很亮而不會說很「照」，就是人的感受，指的就是這個地方的物品被照射後，反射到我們眼中的光線相對多。指定方向上光源光通量的多少是決定性因素，指定方向上光源的光通量多，亮度就高。照度：指的是光源照射到樣品上，單位被照射面積上的光通量，指的是有多少能量發射到被照的物品表面。單位被照射面積上的光通量多，照度就高。兩者的關聯是影響光源亮度及照度高低的物理量是共同的，即：光通量。不同點是：影響光源亮度的光通量，是光源表面指定方向輻射出來的光通量的多少；影響光源照度的光通量，是光源輻射到樣品上的光通量的多少。兩者表述不同，受外界影響因素也不同。同一隻光源，指定方向上光源表面輻射出來的光通量、與光源輻射到樣品上的光通量是不相等的。特別說明：光源的亮度視覺感，有時受色溫影響較大。在光通量相同的光源中，色溫高的光源會產生亮度高的錯誤的視覺感。這種「高亮度」光源，光效並不一定比其它光源高，只是一種刺眼的「虛假亮」。

亮度指進入人眼中被感受到的光線強度，照度是指被照射面得到的光的數量，從機器視覺應用的照明方式來分析，背光源照明方式是相機接收到的背光源直接射入鏡頭的光線，如下圖1。

圖1：背光源照明方式圖2：環光照明方式

此時的相機相當於人眼，接收到的是直接入射到相機的光強，與亮度表達的概念相符，因此經理論分析亮度是評價此種光源的最佳指標。而其他照明光源例如環光，相機接收到的是照射到被測樣品後的反射光，如圖2。

相機接收到的是照射到樣品上反射的光，與照度表達的概念相符，因此照度是評價除背光外其他光源是最佳的指

2.實驗驗證：

為了驗證以上結論，本文分別用亮度和照度來判定背光源中一個輔助配件-稜鏡膜的作用，同時以相機採集到的數據為判定的最終標準。實驗使用的背光源為沃德普的背光源FQ2-50X51，如下圖3：稜鏡膜為3M，該光學膜材內部結構如圖4：

圖3：背光源FQ2-50X51 圖4：稜鏡膜內部結構

該膜材通過內部微稜鏡結構改變光的發散角度，將光收集到正前方從而達到提高該光源正方向的能量利用率。實驗使用的照度計為柯尼卡美能達CL-200，亮度計為CS-160。相機為東芝CSFS20BC2，鏡頭為computar 2514。分別使用照度計，亮度計測試該背光源不加稜鏡膜和加入稜鏡膜後的照度，亮度並與相機拍攝出來圖片灰度值進行對比。

對使用相機拍攝出來的未加稜鏡膜和加入稜鏡膜後的原圖進行分析：

截取的中心水平軸上的未加稜鏡膜和加入稜鏡膜中心灰度最大值分別如圖

5、圖6所示

圖5. 未加稜鏡膜圖片中心灰度值

圖6.加稜鏡膜圖片中心灰度值

由相機拍攝出來的圖片和數據分析可知，經過稜鏡膜的收光後中心灰度值增加 33%左右，而使用亮度計的測試結果同樣為亮度增加33%左右，但是使用照度計的測試的結果是降低了73%，不能反映出真實數據。因此照度不是評價背光源能量的指標。

3.結論：

本論文提出了針對機器視覺檢測應用的光源能量評估方式：背向照明應該採用亮度進行評估，並通過對比實驗驗證了該方式的正確性。

轉載自中國機器視覺網

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