機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)和半導(dǎo)體傳感器實(shí)時(shí)自動(dòng)獲取圖像，并通過(guò)圖像處理算法獲得必要信息的一種檢測(cè)系統(tǒng)。一般的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)包括照明系統(tǒng)、圖像傳感器、圖像采集卡以及圖像處理系統(tǒng)。近些年隨著高分辨率、高集成度圖像傳感器產(chǎn)業(yè)的成熟，低價(jià)格獲取高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化的圖像傳感器成為容易之事，加上計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)，信息處理設(shè)備的微型化、便攜化，通過(guò)直接的“拍照”快速獲取信息的方式正逐漸深入到各行各業(yè)，尤其是批量作業(yè)、危險(xiǎn)工作環(huán)境。光源是機(jī)器視覺(jué)獲取圖像的基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)光源的改進(jìn)與設(shè)計(jì)可以高效的提取出所需目標(biāo)信息，極大地提高圖像處理和識(shí)別的效率，提高系統(tǒng)測(cè)量精度和可靠性；反之，光源的錯(cuò)誤使用則會(huì)造成圖像處理復(fù)雜度提高，系統(tǒng)效率低下。因此，光源是是機(jī)器視覺(jué)獲得圖像的基礎(chǔ)，是決定整個(gè)系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵因素。
目前對(duì)于光源強(qiáng)度的評(píng)估都是以照度為標(biāo)準(zhǔn)，隨著光源在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中重要性的提升，以及光源種類和應(yīng)用場(chǎng)合的豐富，單純的使用照度指標(biāo)對(duì)不同照明方式的光源進(jìn)行評(píng)估時(shí)，設(shè)計(jì)出來(lái)的光源并不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。基于此方面的需求，本論文提出了一種新的評(píng)估方式：背向照明應(yīng)該采用亮度進(jìn)行評(píng)估，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)論證了該結(jié)論。
1.理論分析：
機(jī)器視覺(jué)中評(píng)價(jià)光源質(zhì)量的指標(biāo)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(qiáng)度的指標(biāo)，是兩個(gè)既關(guān)聯(lián)又不同的物理量。亮度：指的是人在看光源時(shí)，眼睛感覺(jué)到的光亮度，更側(cè)重的是人的感受程度。我們常說(shuō)一個(gè)地方很亮而不會(huì)說(shuō)很“照”，就是人的感受，指的就是這個(gè)地方的物品被照射后，反射到我們眼中的光線相對(duì)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(fā)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(guān)聯(lián)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(diǎn)是：影響光源亮度的光通量，是光源表面指定方向輻射出來(lái)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。同一只光源，指定方向上光源表面輻射出來(lái)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(shuō)明：光源的亮度視覺(jué)感，有時(shí)受色溫影響較大。在光通量相同的光源中，色溫高的光源會(huì)產(chǎn)生亮度高的錯(cuò)誤的視覺(jué)感。這種“高亮度”光源，光效并不一定比其它光源高，只是一種刺眼的“虛假亮”。
亮度指進(jìn)入人眼中被感受到的光線強(qiáng)度，照度是指被照射面得到的光的數(shù)量，從機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的照明方式來(lái)分析，背光源照明方式是相機(jī)接收到的背光源直接射入鏡頭的光線，如下圖1:
此時(shí)的相機(jī)相當(dāng)于人眼，接收到的是直接入射到相機(jī)的光強(qiáng)，與亮度表達(dá)的概念相符，因此經(jīng)理論分析亮度是評(píng)價(jià)此種光源的最佳指標(biāo)。而其他照明光源例如環(huán)光，相機(jī)接收到的是照射到被測(cè)樣品后的反射光，如圖2。
相機(jī)接收到的是照射到樣品上反射的光，與照度表達(dá)的概念相符，因此照度是評(píng)價(jià)除背光外其他光源是最佳的指標(biāo)。
2.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：
為了驗(yàn)證以上結(jié)論，本文分別用亮度和照度來(lái)判定背光源中一個(gè)輔助配件-棱鏡膜的作用，同時(shí)以相機(jī)采集到的數(shù)據(jù)為判定的最終標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)使用的背光源為沃德普的背光源FQ2-50X51，如下圖3：棱鏡膜為3M，該光學(xué)膜材內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4：
該膜材通過(guò)內(nèi)部微棱鏡結(jié)構(gòu)改變光的發(fā)散角度，將光收集到正前方從而達(dá)到提高該光源正方向的能量利用率。實(shí)驗(yàn)使用的照度計(jì)為柯尼卡美能達(dá)CL-200，亮度計(jì)為CS-160。相機(jī)為東芝CSFS20BC2，鏡頭為computar 2514。分別使用照度計(jì)，亮度計(jì)測(cè)試該背光源不加棱鏡膜和加入棱鏡膜后的照度，亮度并與相機(jī)拍攝出來(lái)圖片灰度值進(jìn)行對(duì)比。
對(duì)使用相機(jī)拍攝出來(lái)的未加棱鏡膜和加入棱鏡膜后的原圖進(jìn)行分析：
截取的中心水平軸上的未加棱鏡膜和加入棱鏡膜中心灰度最大值分別如圖5、圖6所示
數(shù)據(jù)如表2所示
由相機(jī)拍攝出來(lái)的圖片和數(shù)據(jù)分析可知，經(jīng)過(guò)棱鏡膜的收光后中心灰度值增加 33%左右，而使用亮度計(jì)的測(cè)試結(jié)果同樣為亮度增加33%左右，但是使用照度計(jì)的測(cè)試的結(jié)果是降低了73%，不能反映出真實(shí)數(shù)據(jù)。因此照度不是評(píng)價(jià)背光源能量的指標(biāo)。
3.結(jié)論：
本論文提出了針對(duì)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)應(yīng)用的光源能量評(píng)估方式：背向照明應(yīng)該采用亮度進(jìn)行評(píng)估，并通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方式的正確性。
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