基于機(jī)器視覺的照明光源數(shù)據(jù)庫研究與開發(fā)

逯力紅

摘? 要：機(jī)器視覺在提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)自動(dòng)化過程中起著越來越重要的作用。照明光源是機(jī)器視覺系統(tǒng)中關(guān)鍵的組成部分，直接影響著機(jī)器視覺成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量。目前，在機(jī)器視覺檢測領(lǐng)域光源選擇主要依賴操作人員的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)，難以達(dá)到理想照明效果。利用MATLAB建立了可根據(jù)被檢目標(biāo)特性自動(dòng)選擇光源的光源數(shù)據(jù)庫，有效地提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺;照明光源;MATLAB;數(shù)據(jù)庫

中圖分類號(hào)：TP391.41? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）26-0018-02

Abstract： Machine vision plays a more and more important role in improving production efficiency and production automation. Lighting source is a key component of machine vision system， which directly affects the imaging quality of machine vision imaging system. At present， the selection of light source in the field of machine vision inspection mainly depends on the experience and experiment of operators， so it is difficult to achieve the ideal lighting effect. The light source database which can automatically select the light source according to the characteristics of the target is established using MATLAB， which can effectively improve the production efficiency.

Keywords： machine vision; lighting source; MATLAB; database

1 概述

機(jī)器視覺發(fā)展到今天已60余年，在生產(chǎn)和生活中發(fā)揮著越來越重要的作用[1-3]。照明光源是機(jī)器視覺系統(tǒng)中重要的組成部分，其作用是通過采取適當(dāng)?shù)恼彰鞣绞綄⒐庠垂饩€投射到被測物體上，使被測物體和背景盡可能明顯地區(qū)別開來。相比其它照明光源，LED因?yàn)槠鋺?yīng)用范圍廣、亮度高，性能穩(wěn)定而成為目前機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)中的常用光源[4]。但在不同的應(yīng)用中如何選擇合適的光源仍然是目前生產(chǎn)中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

2 傳統(tǒng)選擇光源的方法

目前，在選擇機(jī)器視覺光源時(shí)，主要依賴操作人員的經(jīng)驗(yàn)和不斷實(shí)驗(yàn)兩種方式[5]。但是，基于經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)的光源選擇方法存在很大的弊端。

2.1 經(jīng)驗(yàn)選擇法

經(jīng)驗(yàn)選擇法要求操作人員具備一定的先驗(yàn)知識(shí)，能夠通過被檢對(duì)象的材質(zhì)、顏色、表面粗糙度等特點(diǎn)，確定光源的類型、照明方式、亮度等光源參數(shù)，從而選擇出合適的光源。但是，由于經(jīng)驗(yàn)選擇法主要依賴個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，因此需要操作人員不但充分了解應(yīng)用場景對(duì)光源的要求，同時(shí)還需要盡可能了解市場上現(xiàn)有光源類型及特點(diǎn)，才能得到合適的光源。另外，人會(huì)受到環(huán)境、他人意見等因素影響，因此會(huì)帶來更多的不確定性。

2.2 實(shí)驗(yàn)選擇法

實(shí)驗(yàn)選擇法利用現(xiàn)有光源逐個(gè)嘗試或者在專業(yè)的光源實(shí)驗(yàn)室里通過調(diào)節(jié)入射光的波長、入射角度等措施，通過觀察照明效果的好壞來選擇。但是，與經(jīng)驗(yàn)選擇法一樣，實(shí)驗(yàn)選擇法也需要利用現(xiàn)有光源進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)以獲得理想照明效果，因此需要大量人力物力，成本高，效率低。

3 光源數(shù)據(jù)庫的建立

通過建立光源參數(shù)與被檢目標(biāo)、成像系統(tǒng)及圖像傳感器之間的關(guān)系模型，利用MATLAB程序中的圖形用戶界面（GUI）編寫光源數(shù)據(jù)庫[6]，建立可根據(jù)被檢對(duì)象特性自動(dòng)選擇光源的數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選擇光源的功能。

3.1 設(shè)計(jì)思路

GUI設(shè)計(jì)可以使操作人員直接在用戶界面上輸入材料和相機(jī)參數(shù)來得到相應(yīng)的結(jié)果，降低了算法的使用難度，能夠極大地提高工作效率。設(shè)計(jì)思路的流程圖如圖1所示。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)器視覺光源數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)由輸入模塊和輸出模塊兩大部分構(gòu)成。其中輸入模塊需要輸入被檢目標(biāo)參數(shù)、相機(jī)參數(shù)等已知參數(shù)。通過這些已知參數(shù)與光源之間的關(guān)系，得到所需要的光源。

（1）輸入模塊

輸入模塊主要由三部分構(gòu)成，包括基本參數(shù)輸入、典型檢測類型和其它檢測類型。其中，基本參數(shù)定義了機(jī)器視覺應(yīng)用場景，包括工作距離、傳送帶速度、檢測精度和圖像傳感器CCD/CMOS尺寸等參數(shù)輸入。典型檢測類型主要包括缺陷檢測、尺寸檢測、字符識(shí)別等檢測類型。其中，每個(gè)類型中都包括多種目前常見的檢測類型。其它檢測類型主要包括被檢目標(biāo)的材質(zhì)信息、顏色和尺寸信息。

（2）輸出模塊

輸出模塊包括相機(jī)參數(shù)、鏡頭參數(shù)和光源參數(shù)三個(gè)部分，用于指導(dǎo)在實(shí)際應(yīng)用中選擇合適的光源、相機(jī)和鏡頭。其中，光源參數(shù)包括光源類型、顏色、照明方式等。相機(jī)參數(shù)主要包括傳感器類型、像素、幀率（行頻）等參數(shù)。鏡頭參數(shù)包括焦距、口徑、接口類型等。GUI設(shè)計(jì)的界面布局圖如圖2所示。

3.3 程序打包

雖然MATLAB本身具有編程語言簡單、自身攜帶調(diào)試窗口、高效的矩陣運(yùn)算等優(yōu)點(diǎn)，但它的程序卻難以擺脫MATLAB環(huán)境運(yùn)行，并且界面功能效率較低，在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用困難。為了簡化操作步驟，在完成界面布局及回調(diào)函數(shù)后，對(duì)MATLAB程序進(jìn)行打包處理，使之脫離MATLAB的運(yùn)行環(huán)境獨(dú)立使用，很大程度上簡化了操作難度。最終可獨(dú)立運(yùn)行的光源數(shù)據(jù)庫用戶界面如圖3所示。

4 結(jié)論

機(jī)器視覺在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、遙感、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。照明光源是機(jī)器視覺成像系統(tǒng)中最重要的組成部分，直接影響機(jī)器視覺系統(tǒng)的復(fù)雜程度。本文利用MATLAB程序中的圖形用戶界面編寫了針對(duì)不同檢測需求所需光源類型的數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)被檢目標(biāo)自動(dòng)選擇光源的功能。并在此基礎(chǔ)上打包成可獨(dú)立運(yùn)行的程序，簡化了操作難度，能夠有效提高生產(chǎn)力。

參考文獻(xiàn)：

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