SC Machine Vision Lighting Geometry
机器视觉照明几何学 系列培训：机器视觉照明
主讲人：
你的姓名
欢迎参加Microscan的机器视觉照明系列培训。 本次培训将讨论机器视觉照明几何学
1
机器视觉照明几何学
机器视觉照明几何学 本次培训内容：
到达物体时的光线
反射类型
了解“W”型
明场照明
暗场照明
照明立体角对一致性的影响
几何学界定了在具体应用中光源的照明方式。 可以通过光源的形状、尺寸和位置进 行控制。 在本次培训中，我们将涉及照明几何学的基本概念。
2
机器视觉照明几何学
到达物体时的光线： 光线与部件之间有多种互动方式 能量守恒定律：能量的形式可以变化，但总量保持恒定 了解反射发生的原理可以帮助对“热点”进行控制，实现均匀的照明
光源
反射（镜面光或漫射光） 射出
吸收
穿过
- 光线到达物体时，在总能量保持恒定的情况下以多种方式分布。 - 固态物体将以镜面或漫射方式反射光，而半透明材料吸收光线。 - 吸收的光线可以从材料上射出和穿过材料传输。
3
机器视觉照明几何学
反射类型： 镜面反射： 平滑表面以对顶角反射光线 漫射反射：粗糙表面会从各个方向漫射光线 发散反射：多数表面既有纹理
又有平滑表面，会对光线进行发散反射
照相机 光源 漫射 散 发
镜 面
- 有三个基本反射类型：镜面反射、漫射反射和发散反射。 - 平滑如镜面的表面将光线以镜面反射方式从离开照相机的方向反射出。 - 粗糙纹理以漫射反射的方式将光线沿朝向照相机的方向进行漫射反射。 - 这两种效应的组合即是发散反射
4
机器视觉照明几何学
了解“W”型： 反射： 光线与光源角度相同 明场： 光线反射进入照相机 暗场： 光线反射离开照相机
明场
暗场
明场
明场
暗场 暗场
视场
如果我们从透镜上的一个假想点画线条到视场的最宽点，即得到一个视角。 们画出这个这个视角的对称线，就会得到一个“W”型。
如果我
这个“W”型界定了照明的两个基本区域： 明场和暗场。
5
机器视觉照明几何学
明场照明：
将光源放到“W”型之内则是明场光源 这有利于形成高对比度，但会在反光表面形成镜面反射 光源范围应为在照相机透镜处的视场的两倍 避免形成“热点”
视场的2倍
视场
光源的位置将决定所得到的照明类型。 明场照明形成高对比度，但一般应保持漫射和均匀以避免镜面光形成“热点”反射回照 相机。
6
机器视觉照明几何学
明场照明例子 照明一个大尺寸部件
光源在明场区域内
一个大尺寸汽车部件需要检验多个孔， 以确定是否有螺栓
明场照明下很容易看出哪些孔里没有螺栓
在这个例子中，光源在明场区域内为部件表面提供照明，并显示出目标特征的对比度 。
7
机器视觉照明几何学
暗场照明： 将光源放在“W”型之外 漫射光被反射进入照相机；镜面光被反射离开照相机 除有纹理的表面和凸高变化的地方外，光线被反射离开照相机
光源
镜面反射光将不会到 达照相机 视场
再次看到，光源的位置将决定所得到的照明类型。 暗场照明的绝大部分光线都会被反射离开照相机，而只有需要的特征纹理会反射漫射 光线回到照相机。
8
机器视觉照明几何学
暗场照明例子 照明金属上的雕刻图
光源在暗场区域内，在“W”型之外
明场例子
暗场照明部件
在这个例子中，在暗场区域内的光源只照明部件上的凸高特征。 这样一来，照相机就能够捕捉到雕刻图的清晰轮廓。
9
机器视觉照明几何学
照明的立体角和一致性：
φ
立体角 例子
φ
φ
在滚珠 轴承上 的效果
在起皱铝箔 上的效果
窄角
中角
广角
- 在处理有难度的应用中，比如检测起皱铝箔上的印制文字，光源范围的立体角是至 关重要的。 - 提到立体角时，其目标通常是在一个角度内提供均匀的照明。 体应用。
范围大小取决于具
- 在这个例子中，广角光源范围提供了包括明场和暗场在内的大面积的均匀照明。 其结果是得到极高的对比度，如本例中的右下图所示。
10
机器视觉照明几何学
机器视觉照明几何学 回顾：
光线与部件之间有多种互动方式
三种反射类型： 镜面反射、漫射反射和发散反射
“W”型界定了光线从物体的哪个部位被反射
明场照明是“W”型内的高角
暗场照明是“W”型之外的低角
总结而言，照明几何学与部件特征分析之间有着密切关系。 了解照明几何学的基本 原则，比如“W”型的界定、明场和暗场照明以及具体反射行为，可以确保在任何应用 中都得到最佳结果。
11
机器视觉照明几何学
谢谢。 更多信息： •
如果您需要进一步了解关于光源照明的信息，建议您观看机器视觉照明系列的其他 教学演示，比如特征分析。
•
如果您对这个话题有任何问题，请发送邮件到 [email protected]。
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机器视觉照明几何学
机器视觉照明几何学 本次培训内容：
到达物体时的光线
反射类型
了解“W”型
明场照明
暗场照明
照明立体角对一致性的影响
几何学界定了在具体应用中光源的照明方式。 可以通过光源的形状、尺寸和位置进 行控制。 在本次培训中，我们将涉及照明几何学的基本概念。
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机器视觉照明几何学
到达物体时的光线： 光线与部件之间有多种互动方式 能量守恒定律：能量的形式可以变化，但总量保持恒定 了解反射发生的原理可以帮助对“热点”进行控制，实现均匀的照明
光源
反射（镜面光或漫射光） 射出
吸收
穿过
- 光线到达物体时，在总能量保持恒定的情况下以多种方式分布。 - 固态物体将以镜面或漫射方式反射光，而半透明材料吸收光线。 - 吸收的光线可以从材料上射出和穿过材料传输。
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机器视觉照明几何学
反射类型： 镜面反射： 平滑表面以对顶角反射光线 漫射反射：粗糙表面会从各个方向漫射光线 发散反射：多数表面既有纹理
又有平滑表面，会对光线进行发散反射
照相机 光源 漫射 散 发
镜 面
- 有三个基本反射类型：镜面反射、漫射反射和发散反射。 - 平滑如镜面的表面将光线以镜面反射方式从离开照相机的方向反射出。 - 粗糙纹理以漫射反射的方式将光线沿朝向照相机的方向进行漫射反射。 - 这两种效应的组合即是发散反射
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机器视觉照明几何学
了解“W”型： 反射： 光线与光源角度相同 明场： 光线反射进入照相机 暗场： 光线反射离开照相机
明场
暗场
明场
明场
暗场 暗场
视场
如果我们从透镜上的一个假想点画线条到视场的最宽点，即得到一个视角。 们画出这个这个视角的对称线，就会得到一个“W”型。
如果我
这个“W”型界定了照明的两个基本区域： 明场和暗场。
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机器视觉照明几何学
明场照明：
将光源放到“W”型之内则是明场光源 这有利于形成高对比度，但会在反光表面形成镜面反射 光源范围应为在照相机透镜处的视场的两倍 避免形成“热点”
视场的2倍
视场
光源的位置将决定所得到的照明类型。 明场照明形成高对比度，但一般应保持漫射和均匀以避免镜面光形成“热点”反射回照 相机。
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机器视觉照明几何学
明场照明例子 照明一个大尺寸部件
光源在明场区域内
一个大尺寸汽车部件需要检验多个孔， 以确定是否有螺栓
明场照明下很容易看出哪些孔里没有螺栓
在这个例子中，光源在明场区域内为部件表面提供照明，并显示出目标特征的对比度 。
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机器视觉照明几何学
暗场照明： 将光源放在“W”型之外 漫射光被反射进入照相机；镜面光被反射离开照相机 除有纹理的表面和凸高变化的地方外，光线被反射离开照相机
光源
镜面反射光将不会到 达照相机 视场
再次看到，光源的位置将决定所得到的照明类型。 暗场照明的绝大部分光线都会被反射离开照相机，而只有需要的特征纹理会反射漫射 光线回到照相机。
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机器视觉照明几何学
暗场照明例子 照明金属上的雕刻图
光源在暗场区域内，在“W”型之外
明场例子
暗场照明部件
在这个例子中，在暗场区域内的光源只照明部件上的凸高特征。 这样一来，照相机就能够捕捉到雕刻图的清晰轮廓。
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机器视觉照明几何学
照明的立体角和一致性：
φ
立体角 例子
φ
φ
在滚珠 轴承上 的效果
在起皱铝箔 上的效果
窄角
中角
广角
- 在处理有难度的应用中，比如检测起皱铝箔上的印制文字，光源范围的立体角是至 关重要的。 - 提到立体角时，其目标通常是在一个角度内提供均匀的照明。 体应用。
范围大小取决于具
- 在这个例子中，广角光源范围提供了包括明场和暗场在内的大面积的均匀照明。 其结果是得到极高的对比度，如本例中的右下图所示。
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机器视觉照明几何学
机器视觉照明几何学 回顾：
光线与部件之间有多种互动方式
三种反射类型： 镜面反射、漫射反射和发散反射
“W”型界定了光线从物体的哪个部位被反射
明场照明是“W”型内的高角
暗场照明是“W”型之外的低角
总结而言，照明几何学与部件特征分析之间有着密切关系。 了解照明几何学的基本 原则，比如“W”型的界定、明场和暗场照明以及具体反射行为，可以确保在任何应用 中都得到最佳结果。
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机器视觉照明几何学
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