光學與照明

有無檢測:照明與 ROI 控制

比較缺失特徵檢查所用的照明和檢測區域;選擇對比度時,保留特徵缺失和特徵被遮擋的對照。

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有無檢測:照明與 ROI 控制
工程說明圖,不是照片,也不是實測結果。

檢測任務

有無規則常常失敗,是因為亮點或陰影成了 ROI 內最突出的目標。要圍繞所需特徵建立對比度,而不是圍繞最亮的那一塊。將適用於外露輪廓的背光剪影照明,與適用於凹陷特徵的漫射正面照明進行比較。讓治具保持在完整影像中可見,以便辨識出治具被誤當作目標的情形。

前提條件與樣品對照

將「存在」定義為指定位置上可見的特徵,而不是畫面中隨便出現的暗色物體。準備組裝正確的樣品、故意缺少該特徵的樣品和特徵被遮擋的樣品,並記錄人工給出的答案。資料集中要保留治具細節和允許的零件差異。固定工站的基線依靠影像對比度區分相互分離的連通元件;它不是通用的語意辨識器,也不得推斷出被隱藏的部件。

選擇相機方案

特徵位置固定且對比明顯時,黑白面陣相機是務實的起點。曝光期間仍有運動時,選用全域快門方案;緊湊型智慧相機方案則需要經過驗證的處理能力與 I/O 支援。只有顏色本身參與判定時,使用彩色相機才有道理。如果存在與否取決於深度或遮擋,僅憑一張平面影像無法得出結論。

實施受控流程

比較不同的打光方案時,使用同一批原始零件,並保持相機、曝光和鏡頭位置固定。在原始影像座標系中界定感興趣區域(ROI),並涵蓋每一個允許的上料位置。裁切可以去掉無關背景,卻無法找回看不見的目標。接受較小的 ROI 之前,先檢查完整影像,尤其是在治具或零件可能移動時。

  1. 只要現場空間允許,就分別用背光和漫射正面光對每個對照取像。
  2. 在原始影像座標系中標出特徵允許出現的範圍。
  3. 檢查原始影像和閾值遮罩中是否存在干擾性的治具區域。
  4. 選定照明後重新測試全部對照,然後凍結 ROI。

流程圖

選擇區域之前,先比較完整的原始影像。照明帶來可見性;ROI 則限定在哪個範圍內評估這項佐證。

  1. 完整影像
  2. 照明控制
  3. ROI
  4. 可見目標
工程說明圖,不是照片,也不是實測結果。
查看原尺寸示意圖

記錄佐證

記錄打光幾何、曝光、目標與背景的亮度分離度,以及 ROI 座標。把被眩光截斷的像素標出來,而不是把它們平均進對比度分數。表格定義的是實物對照;請為每種打光方案填入實際觀察到的結果。

準備一份能暴露誤導性照明選擇的對比度比較。對每一種可行的打光方案,把存在對照和缺失對照放在同一個治具位置上,並保持兩者的原始取像設定完全一致。同時檢查指定的特徵區域和相鄰的背景區域。記錄特徵像素是否保持可區分,還是與背景分佈重疊;僅看平均亮度會掩蓋眩光和局部陰影。把飽和的區域直接標在原圖的副本上,同時保留未經更動的原圖。讓對照依次移過允許的上料範圍,並重複比較。如果某種照明只在中心位置才能顯現特徵,就把這一限制記錄下來,而不要把整個範圍視為已驗證。保留被否決的打光方案及其失敗影像,以便日後維護中出現更動時,能夠辨認出來。

示意性紀錄表;結果請自行填寫
對照樣品必須觀察到的內容判定邊界
P:特徵存在指定區域內可見該特徵判定存在須有有效佐證
A:特徵缺失區域可見,應有的特徵不存在缺失是有效的不合格結果
O:特徵被遮擋無法觀察到該特徵複核;絕不推斷為存在

診斷失敗案例

如果 ROI 把特徵缺失的那個位置排除在外,一個空的組裝件也可能看起來合格。深色的螺絲或治具邊緣同樣可能冒充該特徵。應捨棄這種配置,或收緊對位置的定義。形態學閉運算不得僅僅為了湊出一個連通元件,就把附近的治具區域與目標連在一起。

失敗原因區分

目標、治具邊緣和飽和亮點是不同的影像成因。比較它們在原始影像和遮罩中的表現,而不是接受任何前景。

  1. 目標
  2. 治具邊緣
  3. 眩光
  4. 遮擋
工程說明圖,不是照片,也不是實測結果。
查看原尺寸示意圖

獨立驗證

每次試驗只改變一個照明變數:幾何配置、強度或環境遮光。更動判定閾值之前,先比較原始影像的對比度、飽和情況和由此得到的遮罩。成功與不成功的打光方案都要儲存。有用的選擇,是在允許的變化範圍內能把相關類別分開的那一種,而不是讓某一個樣品看起來很漂亮的那一種。

選定的照明和 ROI,必須在每一個允許的上料位置上都能把可見的存在與可見的缺失區分開。被遮擋的情形不作定論。在把對比度視為穩定之前,先在預期的環境照明極端條件下重複一遍。

然後,把 ROI 與照明分開,單獨對它提出質疑。在完整影像上標出所需特徵的位置,並以此核對已儲存的裁切座標。將存在對照移向每個允許的極限位置,並確認完整的可辨識特徵始終位於該區域內。在相同位置重新測試缺失對照,並檢查殘留的前景:判斷它屬於治具、髒污還是預期的特徵。工程師應當能夠解釋每個被計入的區域為何合格,而無須借助想要得到的最終判定。如果必須做面積過濾或形態學處理,就保留該操作前後的遮罩。只有當所選區域去除了無關佐證、又沒有去掉必須評估缺失的那個位置時,該區域才可接受。更換光源支架或治具之後,重複這項檢查。

繼續工程交接

請提供打光方案、ROI 座標、原始影格和遮罩以供評估。在選擇 Deyi Vision 的照明和光學元件之前,先說明任務需要的是輪廓還是頂面特徵。不要悄悄調整裁切尺寸;任何座標或比例換算都必須明確寫在已儲存的工作流程中。

將原始影像與結果紀錄一併儲存。

來源與技術參考資料

這些資料說明本教學所用方法的依據與適用範圍。文中的檢查範例僅供參考;量產驗收需要用你自己的樣品取得佐證。

  1. Machine vision lighting basicsDeyi Vision查核於
  2. Image thresholdingOpenCV查核於

工程評估

把檢測問題與佐證資料一併寄來。

請提供樣品影像、目前的方案,以及未通過的檢查項目;並註明視野、工作距離、線速度與驗收標準,方便做出切實可行的評估。

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