视觉检测背光源评估方式

         目前对于光源强度的评估都是以照度为标准，随着光源在机器视觉系统中重要性的提升，以及光源种类和应用场合的丰富，单纯的使用照度指标对不同照明方式的光源进行评估时，设计出来的光源并不能满足实际应用的需求。基于此方面的需求，本论文提出了一种新的评估方式：背向照明应该采用亮度进行评估，并通过实验论证了该结论：

         1.理论分析

        机器视觉中评价光源质量的指标有光通量、照度、亮度、色温、显色性、寿命等。其中，照度、亮度都是衡量光源强度的指标，是两个既关联又不同的物理量。亮度：指的是人在看光源时，眼睛感觉到的光亮度，更侧重的是人的感受程度。我们常说一个地方很亮而不会说很“照”，就是人的感受，指的就是这个地方的物品被照射后，反射到我们眼中的光线相对多。指定方向上光源光通量的多少是决定性因素，指定方向上光源的光通量多，亮度就高。照度：指的是光源照射到样品上，单位被照射面积上的光通量，指的是有多少能量发射到被照的物品表面。单位被照射面积上的光通量多，照度就高。两者的关联是影响光源亮度及照度高低的物理量是共同的，即：光通量。不同点是：影响光源亮度的光通量，是光源表面指定方向辐射出来的光通量的多少；影响光源照度的光通量，是光源辐射到样品上的光通量的多少。两者表述不同，受外界影响因素也不同。同一只光源，指定方向上光源表面辐射出来的光通量、与光源辐射到样品上的光通量是不相等的。特别说明：光源的亮度视觉感，有时受色温影响较大。在光通量相同的光源中，色温高的光源会产生亮度高的错误的视觉感。这种“高亮度”光源，光效并不一定比其它光源高，只是一种刺眼的“虚假亮”。

        亮度指进入人眼中被感受到的光线强度，照度是指被照射面得到的光的数量，从机器视觉应用的照明方式来分析，背光源照明方式是相机接收到的背光源直接射入镜头的光线，如下图1。

图1：背光源照明方式图2：环光照明方式

         此时的相机相当于人眼，接收到的是直接入射到相机的光强，与亮度表达的概念相符，因此经理论分析亮度是评价此种光源的最佳指标。而其他照明光源例如环光，相机接收到的是照射到被测样品后的反射光，如图2。

        相机接收到的是照射到样品上反射的光，与照度表达的概念相符，因此照度是评价除背光外其他光源是最佳的指

         2.实验验证：

         为了验证以上结论，本文分别用亮度和照度来判定背光源中一个辅助配件-棱镜膜的作用，同时以相机采集到的数据为判定的最终标准。实验使用的背光源为沃德普的背光源FQ2-50X51，如下图3：棱镜膜为3M，该光学膜材内部结构如图4：

图3：背光源FH-BL5050   图4：棱镜膜内部结构

       该膜材通过内部微棱镜结构改变光的发散角度，将光收集到正前方从而达到提高该光源正方向的能量利用率。实验使用的照度计为柯尼卡美能达CL-200，亮度计为CS-160。相机为东芝CSFS20BC2，镜头为computar 2514。分别使用照度计，亮度计测试该背光源不加棱镜膜和加入棱镜膜后的照度，亮度并与相机拍摄出来图片灰度值进行对比。