面向单目视觉三维重构的新型光源设计

《面向单目视觉三维重构的新型光源设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、汕头大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1.1选题背景及意义随着社会和工业的发展，人们对产品质量的要求不断提高，然而受制造工艺和机械精度的限制，生产过程中难免出现缺陷。传统的人工检测方法因人的主观性、生理及心理状态等因素的影响具有很大的不稳定性[1]，容易出现漏检、误检，并且人工检测速度慢、效率低、人力成本投入大[2]，在现代工业竞争激烈的情况下，已远不能满足需求。为了适应工业的发展和满足市场的需要，自动化检测逐渐被引入到工业生产当中。机器视觉作为一项新技术，由于可以快速地、自动地获取产品信息，同时具有成本低、易于设

2、计与控制、可靠性高等优点，在工业生产的许多领域，已代替传统的人工检测方法，成为当前流行的检测技术之一。图1-1典型机器视觉系统Fig.1-1Typicalmachinevisionsystem如图1-1为一个典型的机器视觉应用系统，该系统主要由照明系统、图像采集系统、计算机（图像处理系统和控制执行模块）等部分组成。照明系统包含光源和光源控制器，主要作用是照亮物体并突出物体特征，以便于采集到清晰的图像；图像采集系统包括相机、镜头和图像采集卡，主要用来采集图像、传输图像和对图像进行一些简单的预处理；计算机主要用于处理分析

3、图像和智能控制。整个机器视觉系统的工作过程是：通过光源照射突出目标的特征，然后由图像采集系统采集目标的图像并传输到图像处理系统，图像处理系1汕头大学硕士学位论文第一章绪论统对接收到的图像信号进行提取和分析，进而判断或识别目标。由此可见，光源对整个视觉系统有着重大的影响，它的照射效果直接影响到输入图像数据的质量。在单目视觉三维重构技术中，常用的光源是结构光、编码光。结构光[3]是利用有几何信息的特殊照明光源帮助提取物体的几何信息。它以特殊结构的光线投射到物体，形成条纹，按照空间几何与机器视觉理论，计算出物体上各点的三维

4、坐标。采用结构光实现三维重构速度慢。编码光[4]是通过空间、时间、光线颜色编码来确定物体表面几何信息。通过编码光恢复物体三维信息时，存在解码困难。本论文正是基于此，跟踪国内外机器视觉照明技术的发展与研究现状，开展对机器视觉中面向单目视觉三维重构的光源的研究。本论文是在国家自然科学基金(51305247)和广东省自然科学基金(S2013010015788)资助下完成。1.2机器视觉光源简述机器视觉照明光源的分类有很多种，按照肉眼感知方式分为可见光和不可见光；按照发射器件可分为半导体发光二极管(LED)、荧光灯、白炽灯、

5、激光、卤素灯等等[5]。表1-1为机器视觉常见光源比较。表1-1机器视觉几种常见光源比较[6]Tab.1-1Commonlightsourcesinmachinevision[6]卤素灯荧光灯LED光源使用寿命5000-7000小时5000-7000小时60000-100000小时亮度亮较亮使用多个LED到达很亮响应速度慢慢快发热大、几乎没有亮度发热小、扩散性好、适合大发热少、波长可以根据用途选特性和温度面积均匀照射、较贵择、制作形状方便、运行成本低、耗电小相比其他光源，LED光源由于具有许多优点而在机器视觉行业得到

6、广泛应用，是目前最常用的机器视觉光源，已在机器视觉领域占有主导地位。2汕头大学硕士学位论文第一章绪论1.2.1典型LED光源LED光源按照其形状通常可分为点光源、条形光源、环形光源、同轴光源、DOME光源、AOI专用光源等等[7-10]，如表1-2所示为当前几种典型机器视觉LED光源：表1-2典型机器视觉LED光源Tab.1-2TypicalmachinevisionLEDlighting光源类型特点应用范围体积小、发光强度高、散热性好、微小器件的检测、定位；芯片检点光源寿命长、易于安装测、Mark点定位颜色种类多、

7、尺寸、安装角度可大面积物体表面检测、图像扫描、条形光源调、电子产品的形状识别环形光源亮度高、照射均匀PCB基板检测、金属表面划伤亮度高，散热性好，能提供比其金属、玻璃、芯片等表面缺陷检同轴光源他光源更高的均匀性测表面凹凸不平、表面反光性较强DOME光源照射均匀、发光角度大的物体表面检测亮度高、均匀性好，采用红、绿、AOI结构光源蓝三色LED组成，能够发出不同电路板焊锡检测颜色的光1.2.2机器视觉照明技术在现代工业生产环境的多样化条件下，需根据不同的情况，设计不同的机器视觉系统。对于一个机器视觉系统，除了光源类型的选

8、择外，光源照明方式的设计同样非常重要。机器视觉光源按照其照明方式主要分为以下几类[11-12]：（1）前向照明。前向照明技术是将光源放在被测物和相机之间，通常用于平面检测和表面纹理检测，可调整光源与被测物的距离，选择高角度照射或低角度照射。其优点是便于安装。如图1-2所示：3汕头大学硕士学位论文第一章绪论图1-2前向照明[11]Fig.1-2F