使用光學(xué)濾波，提高機(jī)器視覺的可重復(fù)性

 

光學(xué)濾波器已被用來幫助解決困難的機(jī)器視覺挑戰(zhàn)。

雖然光學(xué)濾波器通常被看作是機(jī)器視覺應(yīng)用中的一個(gè)補(bǔ)充，其優(yōu)化的照明和整個(gè)視覺系統(tǒng)使他們?nèi)绱藢氋F，他們應(yīng)該從大多數(shù)應(yīng)用程序的初始規(guī)劃階段考慮的能力。光過濾器的價(jià)值來自于他們的能力，以阻止所有不必要的環(huán)境照明，并通過只有輸出所需的檢查，同時(shí)增加對比度和分辨率。要為特定應(yīng)用選擇合適的篩選器，首先定義改善對比度、減少眩光、顏色排序和清除條碼干擾的成像目標(biāo)。通過測試不同帶寬帶通濾波器的白光，確定最佳的發(fā)光二極管波長。一旦選擇適當(dāng)?shù)墓獠ㄩL，相應(yīng)的帶通濾波器可以用來控制變量。這篇文章將提供更多的信息，光學(xué)濾波器的優(yōu)勢和選擇，并提供真實(shí)世界的例子，如何光學(xué)過濾器已被用來幫助解決困難的機(jī)器視覺挑戰(zhàn)。

 

光學(xué)濾波器基礎(chǔ)

光學(xué)濾波器是關(guān)于增加或保持一致的圖像質(zhì)量，這反過來又可以提高精度和減少大多數(shù)機(jī)器視覺應(yīng)用的檢查時(shí)間。過濾器改善圖像質(zhì)量，通過阻斷干擾光包圍的應(yīng)用程序和只有通過光，增加了價(jià)值的機(jī)器視覺應(yīng)用，這往往會導(dǎo)致更高的對比度和分辨率。每個(gè)顏色聚焦在一個(gè)鏡頭的成像平面上的一個(gè)不同的點(diǎn)，這限制了所得到的圖像的分辨率，由于被稱為色差。通過使用一個(gè)帶通濾波器，只允許一個(gè)顏色到達(dá)鏡頭，可以有效地提高分辨率。

典型單色LED具有總的光輸出，跨越60至70納米，其通常具有±10nm的容限。一些機(jī)器視覺的帶通濾波器是可用的跨度80-90納米，并設(shè)計(jì)有目的地廣泛，以容納LED（及它們的典型容差偏移）的全部輸出。一條狹窄的帶通濾波器跨越40-50納米和敏銳窄帶濾波器跨越20納米。急性窄濾波器，例如，塊的環(huán)境光的最大數(shù)量;但是，它也降低感興趣的波長的強(qiáng)度。另一方面，一些帶通濾波器傳遞感興趣的整個(gè)波長。該濾光器將工作最好在一個(gè)特定的應(yīng)用程序在很大程度上取決于對其中環(huán)境光與檢查操作的沖突的程度。一條狹窄的帶通濾波器（40-50nm）提供了廣大的極端環(huán)境光應(yīng)用一個(gè)很好的妥協(xié)。

 

選擇濾光片

一個(gè)很好的起點(diǎn)，當(dāng)選擇一個(gè)過濾器是理解成像的目的是什么，或成像問題可能是為了幫助確定哪些過濾器是要最適合的應(yīng)用。 你想做什么？你需要什么看？確實(shí)對比度需要增加？你有很多的周圍地區(qū)的環(huán)境光進(jìn)行檢查？是你要分開有不同的顏色？

接下來，利用白色光帶通濾波器，以確定您的應(yīng)用的最佳LED波長。每個(gè)帶通濾波器突出類似的其對應(yīng)的LED的輸出光的波長不同。觀看與每個(gè)過濾器捕獲的圖像使得可以評估不同波長（照明）如何將影響圖像質(zhì)量。

包含各種各樣的帶通濾波器的過濾器測試套件通常是最快的方式找到最合適的波長，以優(yōu)化圖像質(zhì)量。它們可以用來快速找到光源和帶通濾波器，最大限度地提高對比度和減少干擾光控制的應(yīng)用程序的可變性。

在應(yīng)用程序的開始階段的另一個(gè)常見的問題是，是否使用單色或彩色視覺系統(tǒng)。在應(yīng)用中，顏色是目前的第一個(gè)想法是使用一個(gè)顏色傳感器，但往往是一個(gè)單色成像系統(tǒng)和過濾器可以提供一個(gè)更有效的方式優(yōu)化系統(tǒng)?？紤]一下這個(gè)例子，左下方的圖像顯示盒發(fā)出的藍(lán)色。用一個(gè)彩色相機(jī)來看看藍(lán)色的印刷效率是無效的，因?yàn)橹挥?/span>25%的像素在彩色相機(jī)被配置為看到藍(lán)色的光。其余的，25%配置為看紅色和50%看綠色。一半的像素被設(shè)置來檢測綠色光，因?yàn)槲覀兊难劬Ω舾械木G色光。另一方面，一個(gè)單色的過濾器與一個(gè)藍(lán)色的帶通濾波器利用100%的視覺系統(tǒng)中的像素，而帶通濾波器通過約90%的藍(lán)色光。其結(jié)果是，在這個(gè)應(yīng)用程序中的單色光與一個(gè)藍(lán)色的帶通濾波器是90%的效率相比，25%的效率為一個(gè)顏色視覺系統(tǒng)。

偏振濾光器在眩光是一個(gè)問題的應(yīng)用中是非常有用的。當(dāng)光在一個(gè)特定的方向上極化時(shí)，點(diǎn)擊一個(gè)漫反射面大部分的光成為隨機(jī)偏振，并在隨機(jī)的方向反射。然而，強(qiáng)烈的反射存在的區(qū)域，保持多的入射光的偏振角。通過在相機(jī)鏡頭上放置另一個(gè)偏振濾光器，相對于偏振的光源角度旋轉(zhuǎn)90度，偏振光的強(qiáng)烈反射被相機(jī)鏡頭濾波器吸收。從非眩光區(qū)的擴(kuò)散光被發(fā)送到相機(jī)鏡頭和眩光大大降低。

總之，光學(xué)過濾器往往是最簡單的，最快，最具成本效益的方式，以提高機(jī)器視覺應(yīng)用中的可重復(fù)性和穩(wěn)定性。通過控制到達(dá)視覺系統(tǒng)的光的質(zhì)量和數(shù)量，光學(xué)過濾器可以阻止不需要的環(huán)境照明，通過只有用于檢查和增加對比度和分辨率的光。為了達(dá)到盡可能高的機(jī)器視覺性能，考慮在機(jī)器視覺應(yīng)用的發(fā)展早期的光學(xué)濾波器。