光源系统中物体对光的反射及传送特性

2016-07-29技术资料

在机器视觉系统中,光源除了增加图像对比度和亮度之外,另一个重要作用是尽可能加大被测物体和背景之间的差距。利用物体和背景对入射光的反射特性之差异可以强化这种差距,所以了解物体对光的反射和传送的特性就尤为重要。

物体对光的反射特性即从物体反射入射光的性能,有二种不同的反射特性。

a. 镜面式反射:光线的反射角等于入射角。镜面式反射有时用途很大,有时又可能产生极强的眩耀。在大多数情况应避免镜面反射。

b. 漫散:照射到物体上的光从各个方向漫散出去。在大多数实际情况下,漫散光在某个角度范围内形成,并取决于入射光的角度。如下图所示

镜面反射与漫反射
视觉光源

物体的反射传送特性会受到颜色、光学密度、折射、纹理、高度等因素的影响。

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颜色:人眼或摄像机观察到的颜色可能是由三种不同的方式形成的:

直接从照射光的波长来区分颜色。例如在580nm附近波长的光为绿色,利用此波长光照射绿色物体,从而突出物体和背景差异;

相加色:二种或三种波长的光组合成某种波长光的效果,例如黄色光(波长为620nm)和蓝色光(波长为480nm)混合,出现绿色光的效果,但实际上在光谱的绿色部分并没有这一光谱段的能量。利用光的这一特性,发明了彩色电视,电视监视器中由红、绿、蓝三基色可基本上合成自然界的各种颜色。

相减色:反射时,从光谱中去除某些波长的光。如下图所示,含有所有可见光谱的白光,照射到红色物体后,红色光谱被反射,而其它成份被物体吸收了。例如白的金属如钢,黄色金属如金。它们之间的颜色的差别是因为钢较均匀地反射所有光谱的光,而金反射了白光,但从中减去了蓝光,就会出现黄颜色的效果。

相减色作用原理
机器视觉led光源

光学密度:不同物质、不同厚度或不同化学特性的物体,在光线穿过它们时,穿透率是不同的。这种差异可能在整个光谱范围内存在,也可能只存在于光谱的某些点。一般来说,背光是检测光学密度差异的最好办法。

折射:不同的透明物质,具有不同的折散率。它们用不同方向传送入射光。例如空气和玻璃的折射率不同,当定向光以某个方向照射时,在玻璃中的气泡使光线弯曲,以致于产生黑的或亮的气泡轮廓。

纹理:物体表面的纹理在图像处理时可能是有用的;也可能由于纹理太细了,以致无法分辨,但它又会影响到光的反射。有时纹理是重要的,应该用光照来加强,而有时纹理又是不需要的,它会引起噪音的效果,应该用光照来减弱纹理的影响。

高度:物体中不同高度的特征可以用定向光来加强或者用漫射光来减弱高度的影响。

表面方向:物体表面不同部位的相对方向的差异可以用定向光来加强,也可用漫散光来减弱。