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机器视觉中的光源照明技术 在机器视觉的实际应用中，大多数应用领域都需要使用由光源提供的灯光照明来提高图像的亮度（亮度大，信噪比好）和对比度（对比度强，背景、前景易于分隔开）。同时，光源并不仅仅是为照亮物体而设计的，在机器视觉系统中，光源和照明方案的好坏往往会决定整个系统的成败。大多数机器视觉系统的第一步可能是二值化，它将图像中的被测物体（前景）和背景二值化为1和0，1代表前景，0代表背景。好的光照系统会极大地突出物体和背景之间的差异，从而大大简化了图像分割的算法；提高物体边缘与背景之间的陡峭变化，从而提高了对物体的测量精度。设计不当的照明会使整个图像的光照不均匀，从而给二值化带来困难；会产生阴影或者过曝光，从而丢失图像的重要细节；会增加图像传感器转换图像的噪音，从而加大图像处理的难度和降低测量的精度等。所以首先对机器视觉系统的光源进行精心的设计是极其重要的。 不同的机器视觉系统的照明设计总是不一样的，这是因为影响照明方案的因素非常多。例如 光的强度、 颜色、 均匀性、 光源的结构、 大小、 照射方式 被测物体的光学特性、距离、物体大小、背景特性等。当然，物体本身的特性、工作环境情况等是最重要的因素。 照明设计涉及三个主要方面：光源的种类和特性、目标及其背景的光反射和传送特性、光源的结构。最佳光源和照明方式的选择需要理论知识，但实践经验以及反复的大量试验也很重要。 表1列出了主要几种光源的相关特性。 表1 各种光源对比 光源 颜色 寿命（小时） 发光亮度 特点 卤素灯 白色，偏黄 5000-7000 很亮 发热多，较便宜 荧光灯 白色，偏绿 5000-7000 亮 较便宜 LED灯 红，黄，绿，白，蓝 60000-100000 较亮 发热少，固体，能做成很多形状 氙灯 白色，偏蓝 3000-7000 亮 发热多，持续光 电致发光管 由发光频率决定 5000-7000 较亮 发热少，较便宜 其中LED光源凭借其诸多的优点在现代机器视觉系统中得到越来越多的应用。其主要优点有： ?可制成各种形状、尺寸及各种照射角度； ?可根据需要制成各种颜色，并可以随时调节亮度； ?通过散热装置，散热效果更好，光亮度更稳定； ?使用寿命长（约3万小时，间断使用寿命更长）； ?反应快捷，可在10微秒或更短的时间内达到最大亮度； ?电源带有外触发，可以通过计算机控制，起动速度快，可以用作频闪灯； ?运行成本低、寿命长的LED，会在综合成本和性能方面体现出更大的优势； ?可根据客户的需要，进行特殊设计。 LED光源有红、绿、蓝、白四大类。 红色最常用，红色波段的光线对CCD最敏感，穿透能力强； 蓝光的对物体表面扩散能力强，即对表面凹凸敏感，适合表面质量的检测； 绿光的亮度高，同时也适合特殊颜色物体的检测，如照到绿色被测物体上，可以让背景呈白色；白色为中性颜色，适合拍彩色图片，或着拍黑白图片，但被测物体有多种颜色。另外，还有红外和紫外光源。当然，红外的穿透能力最强，所以有人用红外摄像头“偷拍”；紫外对物体表面的细微特征都能够反映出来，如刑侦照片就是如此。 物体的颜色（色光） 1、不透明物体的颜色由它反射的色光决定，比如树叶反射绿光，就显示绿色。如果物体反射所有的色光，就显示白色。物体吸收所有的色光，就显示黑色。 2、透明物体的颜色由它能够透过的色光决定，比如红色的玻璃，只能够透过红光的玻璃，蓝玻璃是就是只能透过蓝光的玻璃。能透过所有色光的物体是无色透明的物体，比如水。所有色光都不能透过的物体是不透明体。 3、物体显示的颜色与照在它上面的光也有很大的关系，比如用红光照射树叶，树叶不能反射红光，而将其吸收，这样我们看到的就不是绿叶，而是黑色的树叶了。 4、为了弄明白这一点，只要透过彩色玻璃片或彩色玻璃纸来观察就行了。 取几张红色的玻璃纸和几张绿色的玻璃纸。在桌子上放两个柿子椒、两个西红柿。先透过红玻璃纸（最好是多层玻璃纸）来观察这两样东西。真奇怪，西红柿颜色变淡了，而柿子椒却成了黑色的。再用多层绿玻璃纸来观察一下，情况恰好相反。柿子颜色变淡，而西红柿却成了黑色的。 再来做一个实验：找两支彩色铅笔，一支和红玻璃纸的颜色一样，一支和绿玻璃的颜色一样。在一张纸上轻轻地写上一段话，其中一些字用红色铅笔写，另一些字用绿色铅笔写。如果透过红玻璃纸来观察这些字，红色字消失了，而绿色的字变成黑的。用绿玻璃纸来观察，情况正好相反。 彩色玻璃纸就是一个光的筛子。例如：红色玻璃纸只让红光通过而把其它颜色的光滤掉（实际上是吸收掉），所以把红玻璃纸罩在眼睛上的时候，整个世界就染上了一层红色，就象太阳突然只用红光照耀大地一样。 柿子椒在红光照耀下为什么是黑色的？原因是：绿色的柿子椒本来只反射绿光，照在它上面的红光不包含绿光的成分，因此全被吸收了，几乎不反射什么光，所以看上去就是黑色的。同样