正確的照明設計對于確保機器視覺項目的成功至關重要。忽視這一點是機器視覺項目失敗的最常見原因之一。

機器視覺照明是一個廣泛的話題，但這一篇簡短的文章可能會對你有用，因為一些核心概念并不廣為人知。有人說如果你不能簡單地解釋它，就說明你還不夠了解它，因此我們將努力省略令人繁瑣的數學和術語，用最簡單的三個核心來描述。我們將從三個核心陳述開始：機器視覺照明的使命不是照亮它，而是創造可靠的差異化，使預期的檢測程序能夠發揮作用。對于傳統的基于規則的機器視覺（相對于深度學習），創建的差異通常也需要是簡單規則類型。機器視覺照明設計不僅僅與光源有關，它是光源、相機或成像系統與工件之間的三向幾何關系。選擇相機或工件的位置和方向通常是照明設計的一部分，而這三項之間的幾何關系始終是照明設計的一部分。

正確的照明設計對于確保機器視覺項目的成功至關重要。這句話它看起來非常的常規和陳詞濫調；但是忽視這一點是機器視覺項目失敗的最常見原因之一。讓我們通過將討論范圍縮小到2D成像和傳統的基于規則（與深度學習）的機器視覺來簡化我們的討論。您已經直觀地了解機器視覺照明設計的一些主要概念，即使您不認識它們或將它們應用到機器視覺中。讓我們來看看如何識別和描述它們，以便將它們應用于機器視覺解決方案。

圖 1對于我們的示例，我們將使用圖 1 中所示的光面印刷品。我們還引入了一個缺陷：穿過色輪的黃色和橙黃色部分的折痕/凹痕。

STAR 首字母縮寫詞涵蓋了射到工件上的光線的四種主要命運（散射、透射、吸收、反射）。理解和使用這些行為是機器視覺照明設計的核心。散射和反射是我們關心的，如圖 2 所示。

圖 2光亮表面的平坦部分使部分光束以與入射角相同的角度沿相反方向反射。反射光束非常強烈。閃亮的表面有點像鏡子。如果您將眼睛放在光束中并觀察表面，您會看到光源的圖像而不是產品的圖像。一個常見的名詞是眩光。光照下的暗色卡將光轉換成工件該部分的任何顏色，并將其散射到各個方向。在任何給定的接收點接收的到的散射光，都比來自該點的反射光弱得多。

第一個檢查任務是測量我們放入色輪上的部分的折痕/凹痕的大致長度，看它是否嚴重到足以拒絕產品。雖然按照大多數標準，圖 1 所用的照明效果不錯，但對于此任務而言，它可能是最差的照明效果；它使凹痕完全不可見。但是，如果我們將卡片交給您，您將直觀地知道如何創建合適的照明解決方案來完成任務。您可以在具有較大發射面積的房間中選擇一個光源，例如 2‘ x 4’ 的漫射天花板燈或讓明亮的光線從外部進入的窗戶。將卡片平放，您可以看到其上光源發出的眩光，然后對其進行調整，使眩光覆蓋整個感興趣區域。

這種調整創造了“簡單規則”的差異化。該規則是，“好的地方亮，壞的地方暗。”您的視線圖片將類似于圖 3，其中眩光覆蓋了整個圖像。從那里，你的大腦或機器視覺程序可以很容易地通過亮度/暗度來區分缺陷并對其進行評估。眩光區域稱為鏡面照明解決方案。

圖 3您可能選擇了最佳方法來為凹痕創建可靠、簡單的規則區分，但還有其他方法。一種可能是以如此低的角度引入光線，以至于凹痕會為其內部區域產生陰影。這種效果是術語“暗場”的眾多含義之一。另一種方法是將您的眼睛/相機放置在平坦表面不會產生眩光的位置，并依靠凹痕內的閃亮部分以正確的角度為您提供明亮的鏡面反射（圖 4）。

圖 4第二個任務是測量和驗證黃色部分的面積。為此，我們需要將黃色部分與其相鄰部分分開。提前考慮，您將使用顏色分析軟件工具來做到這一點。在隨意的隨機光線下，工件的某些區域會出現眩光。請注意圖 3 中眩光區域中的顏色是如何難以看清的，這將導致機器視覺解決方案不夠穩健。如果將卡片交給您，您會通過移動卡片直觀地創建適當的照明解決方案，使感興趣區域沒有眩光，使其看起來如圖 1 所示。

然后您的機器視覺相機和軟件可以輕松分離、測量并驗證黃色區域。以下是從該過程中學到的另外三個技巧：

1.與機器視覺過程的常見情況一樣，設計從較晚的階段開始，然后從那里倒退。這并不意味著預先設計整個程序。它確實意味著選擇利用照明解決方案的程序的核心方法。對于我們的示例，這些是按顏色或亮度/暗度區分的軟件工具。

2.在我們的主要解決方案中，我們并沒有完全看到凹痕。我們看到的是一個缺少平面鏡面反射的區域。

3.光源的性質最重要的是它的發射區域，即發光區域的幾何形狀。平坦的表面使我們的顏色識別任務變得簡單。表面都處于相同的角度，因此避免眩光更簡單，而且平坦的表面不會在自身上產生陰影。對于更復雜的形狀，這兩種影響變得更難避免。一種技術是使用極其漫射的光源，從各個方向提供低水平的光。一個典型的例子是尺寸和位置合適的頂燈。

它的表現就像外面的陰天，那里沒有來自太陽的直射光，每一片天空都是一片被照亮的云（低級光源）。人們憑直覺知道如何做的事情，他們往往不知道如何應用到機器視覺中。一位客戶在讀取光滑表面上的字符時遇到了問題，并尋求額外的機器視覺軟件培訓課程來解決這個問題。我們看到了圖像并重現了這個問題，有人認為在相機上放一個環形燈是點亮它的好方法，這與任務所需的完全相反。我們關掉燈，把五金店的手電筒放在正確的地方，他們兩年的問題就解決了。這進一步加強了將基本原則應用于照明設計的重要性。希望本文對大家提供了有用的介紹。

編輯：黃飛