北岛夜话
原创工业智能控制领域(PLC、单片机/嵌入式、机器人、通信、机器视觉)的技术及经验分享。
文章379 浏览3010592

《机器视觉算法与应用》读书及实践(2)——光源

正确使用光源是机器视觉的第一步,今天这篇文章,我们来谈谈机器视觉中与光源相关的几个话题:

  1. 单色光及黑体辐射;

  2. 常见光源的类型;

  3. 光与物体的相互作用;

cover.jpeg

1、单色光及黑体辐射

我们知道光是一种电磁波,可见光的波长范围是380~780纳米。在光谱上,比可见光波长更短的是紫外线,比可见光波长更长的是红外线。可见光经过棱镜折射会产生不同颜色的光,我们把这些光称为单色光。严格来说,这里的单色光也不是绝对的单色,其波长也是一个范围,比如,蓝紫色光的波长范围为380~430纳米,而蓝色光的波长范围为430~480纳米;在机器视觉中,我们研究单色光的目的是使被测物体的某些特性增强。比如:绿色背景上的红色被测物需要增强,就可以使用红光去照射。这种情况下红色物体会更加明亮,同时绿色背景会变得暗淡;

对于由多个不同波长组成的非单色光,如果想知道其光谱特性,可以与黑体辐射光谱相比较。黑体辐射是一种热辐射源,其光谱与其温度直接相关。下面这张图是黑体在不同温度下电磁辐射波谱:

blackbody-radiation-Fig1.png

图中横坐标是波长,纵坐标是辐射能量,紫色到红色部分是可见光,K是热力学温度单位"开尔文",不同的K线表明在不同温度下其辐射光的波长范围;这种光谱与黑体的温度相关,因此也被称为色温。后续我们说某个光源的色温范围在3000~3400K,就可以从上图中看出其波长的范围;

2、常见光源的类型

机器视觉中常用的光源包括:卤素灯、氙灯、荧光灯和发光二极管。

  • 卤素灯是白炽灯的一种,它是在白炽灯中添加碘或溴等卤族元素气体以防止钨丝氧化。卤素灯比较亮,可以产生色温范围3000~3400K的连续光谱,但是发热大,电能转换效率低,并且寿命短,随着使用时间的延长其亮度降低很快;另外卤素灯不能用作闪光灯;

  • 氙灯是在密闭的玻璃体中充满氙气,通电后氙气被电离产生色温范围在5500~12000K的非常亮的白光。氙灯可以做成短弧灯(点亮时间在1~20us)、长弧灯及闪光灯(200次/秒),其缺点是供电复杂,并且在几百万次闪光后会出现老化现象;

  • 荧光灯与氙灯类似,也是一种气体放电光源。通过电流激发惰性气体中的水银蒸汽使其产生紫外线。紫外线照射到灯管上的荧光粉从而产生可见光。早期的荧光粉(磷酸盐的卤粉)发光效率低、光衰大、不稳定。后来飞利浦公司于1974年研发了红、绿、蓝三基色荧光粉,其发光效率高,色温范围在2500~6500K,是荧光灯历史上的重要里程碑;荧光灯由交流电供电,因此会产生与供电频率相同的闪烁,对于机器视觉应用来说,应使用不低于22KHz的供电频率从而避免产生图像的明暗变化。荧光灯价格便宜,缺点是寿命短、易老化、光谱分布不均匀,并且不能作为闪光灯;

  • 发光二极管(LED)是一种能产生类似单色光的、光谱非常窄的光源。通过改变流过二极管的电流,可以改变其亮度;通过使用不同半导体材料可以产生不同颜色的光;发光二极管寿命长(超过10万小时)、相应速度块、几乎没有老化现象、并且还可以作为闪光灯,是目前机器视觉中使用最多的一种光源;

3、光与物体的相互作用

光与物体的相互作用包括:镜面反射、漫反射、透射、吸收等,这个在高中物理已经讲过,就不多说了。

好了,关于机器视觉的光源先介绍到这里,后续我们介绍照明。

我阅读的书是德国Carsten Steger/Markus Ulrich/Christian Wiedemann编写的《机器视觉算法与应用》。该书中英双语,由杨少荣/段德山/张勇/彭潇/偏召华翻译,你可以点击下面的链接查看:

取消

感谢您的支持,欢迎常来看看!

扫码支持
一点动力,多少随意

打开支付宝扫一扫,即可进行扫码打赏哦

发表评论

牛年到,祝福到!

祝愿大家在新的一年里,身体健康,工作顺利,财运滚滚,牛年大吉!

×