專利名稱：一種機器視覺照明系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機器視覺照明系統(tǒng)，屬于機器視覺技術領域。
背景技術：
照明系統(tǒng)是機器視覺系統(tǒng)最關鍵的部件之一，其主要目標是以合適的方式將光線投射 到被測物體上，突出被測特征的對比度，其性能好壞直接關系到整個系統(tǒng)的成敗。好的設 計能夠改善整個系統(tǒng)的分辨率，簡化軟件的運算。 一個穩(wěn)定可靠的圖像處理系統(tǒng)，不能僅 局限于在實驗室獲取一時性的優(yōu)質(zhì)圖像，更重要的是能在實際應用現(xiàn)場獲得高品質(zhì)、高對 比度的圖像。為了實現(xiàn)這種穩(wěn)定可靠的圖像處理系統(tǒng)，提高照明光源的品質(zhì)至關重要。不 合適的照明會引起很多問題，例如被識別物體如果表面光潔度很高，其反光會造成圖像 質(zhì)量的嚴重下降，極大地限制機器視覺的識別效果；眼鏡的反光會造成人眼識別算法的失
效等。對每種不同的檢測對象，必須采用不同的照明方式才能突出被測對象的特征，有時 需要采取幾種方式的結(jié)合。
光源照明方案設計應盡可能的突出物體的特征量，在物體需要檢測的部分和那些不重 要的部分之間盡可能產(chǎn)生明顯的區(qū)別，增加對比度。另外光源還應保證足夠的整體亮度， 而且物體位置的變化不應影響成像質(zhì)量。為此，各發(fā)達國家競相展開機器視覺光源的研究，
如曰本的CCS公司與MORITEX會社、美國的AI (Advanced illumination)公司等，研制 成功系列高性能機器視覺光源，如直接照明光源(沐浴方式、條形方式、低角度方式、 聚光方式等)、間接照明光源(扁平環(huán)形方式、圓頂方式等)、透射照明方式(背光方式、 線性方式等)、同軸照明光源等。同時也可以看到，目前機器視覺光源的設計主要是為了
實現(xiàn)均勻照明，很少考慮被測物體表面的反光。而在有些工況下，比如視覺系統(tǒng)用于光
潔度較高的物體表面質(zhì)量檢測，佩戴眼鏡人員的眼睛識別等場合，表面反光會使圖像質(zhì)量 嚴重下降，甚至造成整個視覺系統(tǒng)的失效。因此，需要發(fā)展一種既能為機器視覺提供充足 照明又能防止因鏡面反射造成反光的照明技術。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種能夠克服物體表面反光的機器視覺照明系統(tǒng)，克服物體 表面反光對機器視覺圖像質(zhì)量的影響，簡化軟件運算。本發(fā)明提出的機器視覺照明系統(tǒng)，包括光源、起偏器、濾光片、檢偏器、圖像攝取 裝置，^f述的光源置于被照物體的前方，所述的起偏器置于光源與被照物體之間，光源和 起偏器構(gòu)成照明光路；所述的圖像攝取裝置、檢偏器和濾光片依次排列，構(gòu)成接收光路， 該光路與所述的照明光路的夾角為"，0°<a<180°。
上述照明系統(tǒng)中，圖像攝取裝置為攝像機或照相機。當圖像攝取裝置為攝像機時，還 包括圖像采集卡和計算機，所述的圖像采集卡與攝像機相連接，所述的計算機與圖像采集 卡相連接。
上述照明系統(tǒng)中，檢偏器的透光軸方向設置成與物體鏡面反射光偏振方向相垂直。 上述照明系統(tǒng)中，光源為光譜在0.38—0.76/zm范圍的白光光源，所述的濾光片為光
譜在0.38 — 0.76/zm范圍的白光濾光片，所述的起偏器和檢偏器分別為光譜在0.38 —
0. 76//m范圍的白光偏振片。
上述照明系統(tǒng)中，光源為光譜在0.76 — 1. 1/卵范圍的近紅外光源，所述的濾光片為 光譜在0.76—l.l/iw范圍的近紅外濾光片，所述的起偏器和檢偏器為光譜在0.76 —
1. 1/朋范圍的近紅外偏振片。
本發(fā)明提出的機器視覺照明系統(tǒng)，其優(yōu)點是
1、 利用了鏡面反射光和的漫反射光偏振特性的差異，達到隔離鏡面反射光透射漫反 射光的目的，既保證了充足照明又克服了物體表面反光的影響。
2、 適用范圍廣。該技術不但可以用于攝像設備，也可應用到照相機中用于克服閃光 燈引起的反光。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。 圖2是本發(fā)明系統(tǒng)的一個應用實例。
圖1和圖2中，l是光源；2是起偏器，3是被照物體，4是濾光片，5是檢偏器，6 是圖像攝取裝置，7是攝像機，8是圖像采集卡，9是計算機。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的機器視覺照明系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖l所示，包括光源l、起偏器2、濾光片4、檢偏器5、圖像攝取裝置6。光源1置于被照物體3的前方，起偏器2置于光源 與1被照物體3之間，光源1和起偏器2構(gòu)成照明光路。圖像攝取裝置6、檢偏器5和濾 光片4依次排列，構(gòu)成接收光路，該光路與所述的照明光路的夾角為a, 0°< <180°。 上述照明系統(tǒng)中，圖像攝取裝置可以為攝像機或照相機。當像攝取裝置為攝像機時， 還包括圖像采集卡和計算機，所述的圖像采集卡與攝像機相連接，所述的計算機與圖像采 集卡相連接。如圖2所示。
上述照明系統(tǒng)中，檢偏器的透光軸方向設置成與物體鏡面反射光偏振方向相垂直。 上述照明系統(tǒng)中，光源為光譜在0. 38—0. 76戶范圍的白光光源，！所述的濾光片為光
譜在0.38 — 0.76/^范圍的白光濾光片，所述的起偏器和檢偏器分別為光譜在0.38 —
0. 76//m范圍的白光偏振片。
上述照明系統(tǒng)中，光源為光譜在0.76—1.1/zm范圍的近紅外光源，所述的濾光片為 光譜在0.76 — l.l/zm范圍的近紅外濾光片，所述的起偏器和檢偏器為光譜在0.76 —
1. 1^范圍的近紅外偏振片。
本發(fā)明系統(tǒng)的工作原理是
光源1發(fā)出的光經(jīng)過起偏器2輸出線偏振光，該線偏振光照射物體3并被物體3表面 反射。反射光分為兩部分， 一部分為漫反射光， 一部分為鏡面反射光。鏡面反射光是造成 物體表面反光的原因，將檢偏器5的透光軸方向設置成與鏡面反射光偏振方向垂直，就可 以把鏡面反射光隔離在成像光路之外，這里利用了鏡面反射光依然維持線偏振的特性。其 原理可以用菲涅爾公式描述
it、 二 s魂-《) (1) 五， sin(《+《)
五p
式中￡、及分別表示入射光、反射光，下標p和^分別表示平行于入射面的振動分 量和垂直于入射面的振動分量，《和《分別是入射角和折射角。A相對與&，及p相對于 ￡。相位改變是0°或180° ，由于五,和^的頻率相同，位相差為O，所以及,和^的相位
5差穩(wěn)定于0?；?80° ，仍然是線偏振光。
而來自物體表面的漫反射光由于屬于自然光或部分偏振光，所以其大部分能夠透過檢 偏器而成像于圖像傳感器上。這就保證本發(fā)明的機器視覺照明系統(tǒng)既能提供充足的照明又 能防止因鏡面反射造成的反光。
本發(fā)明提供的能夠克服物體表面反光的機器視覺照明系統(tǒng)，其操作按如下步驟進行
(1) 將起偏器2固定在光源的輸出端，僅使平行于透光軸方向的線偏振光輸出；
(2) 將光源l對準被測目標，從圖像攝取裝置上實時觀察圖像，調(diào)節(jié)光源輸出亮度, 直到圖像亮度適宜；
(3) 轉(zhuǎn)動檢偏器5，并從計算機上實時觀察圖像，直到被測物體表面的反光消失；
(4) 固定光源l、攝像頭7、起偏器2和檢偏器5的位置。
權(quán)利要求
1、一種機器視覺照明系統(tǒng)，其特征在于該照明系統(tǒng)包括光源、起偏器、濾光片、檢偏器、圖像攝取裝置，所述的光源置于被照物體的前方，所述的起偏器置于光源與被照物體之間，光源和起偏器構(gòu)成照明光路；所述的圖像攝取裝置、檢偏器和濾光片依次排列，構(gòu)成接收光路，該光路與所述的照明光路的夾角為α，0°＜α＜180°。
2、 如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于其中所述的圖像攝取裝置為攝像機或 照相機。
3、 如權(quán)利要求2所述的照明系統(tǒng)，其特征在于其中的圖像攝取裝置為攝像機時，還 包括圖像采集卡和計算機，所述的圖像采集卡與攝像機相連接，所述的計算機與圖像采集 卡相連接。
4、 如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于其中所述的檢偏器的透光軸方向設置 成與物體鏡面反射光偏振方向相垂直。
5、 如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于其中所述的光源為光譜在0.38 —0.76/// 范圍的白光光源，所述的濾光片為光譜在0.38—0. 76//m范圍的白光濾光片，所 述的起偏器和檢偏器分別為光譜在0. 38 — 0. 76戶范圍的白光偏振片。
6、 如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于其中所述的光源為光譜在0. 76—1. 1//w 范圍的近紅外光源，所述的濾光片為光譜在0.76—1. l戶范圍的近紅外濾光片，所述的 起偏器和檢偏器為光譜在0. 76 — 1. 1/做范圍的近紅外偏振片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機器視覺照明系統(tǒng)，屬于機器視覺技術領域。包括光源、起偏器、濾光片、檢偏器、圖像攝取裝置。光源置于被照物體的前方。起偏器置于光源與被照物體之間，光源和起偏器構(gòu)成照明光路；所述的圖像攝取裝置、檢偏器和濾光片依次排列，構(gòu)成接收光路，該光路與所述的照明光路的夾角為α，0°＜α＜180°。本發(fā)明機器視覺照明系統(tǒng)利用了鏡面反射光和的漫反射光偏振特性的差異，達到隔離鏡面反射光透射漫反射光的目的，既保證了充足照明又克服了物體表面反光的影響，可以用于攝像設備，也可應用到照相機中用于克服閃光燈引起的反光。
文檔編號F21V13/00GK101539595SQ20091008323
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者偉 張, 波 成 申請人:清華大學