BFvDF 明场v暗场(翻译)

机器视觉相关资料,部分英文文档进行了翻译

机器视觉照明中最难得概念之一是分辨：使用明场照明还是暗场照明会更有优势。两种方法各有优缺点；然而明场照明有广泛的应用，暗场照明却对条件有一些限制。我们会关心二者的比较----在一般的视觉应用中明场和暗场的对比度。

在视觉检测的使用中，明场照明定义为：光源发出的视场内主要的入射光，相对于被测物表面来说大于45°。明场可以进一步分成2个方法，并且立体角（光源对一块区域发光的测量）可以是对这2个方法一种有效的区分器。条形，点和环形照明，或者任何照明在一个有效的工作距离（WD，working distance），会有一个相对低的立体角，并且因此成为部分或者方向性明场点光源（图1a）。相反的，高立体角半球或者平面照明，比如半球和圆柱体漫射照明（图1b），或者轴向漫射（图1c）和“平板”阵列（图1d），都被称为完全明场照明。

对于完全明场照明的有效性，要考虑大立体角，必须把光源相对目标近一些。因此接下来随着照明工作距离增加，立体角也随之增大，完全明场照明的效果也比部分明场照明效果更加典型。为什么这个分离如此重要？简单来说，因为照明的描述、几何结构、工作距离和立体角都根据目标特点、检测的感兴趣的区域的特征和目标通过考虑等等，有其自己的优势。

如果明场的特性是高角度入射光产生一个“明亮”的视场带来的结果，那么我们可以正确的断定，暗场照明是低入射角主要产生一个“暗”的视场（图2a）。怎么会这样呢？照明怎么会产生一个“暗”场？暗场照明首先应用于显微镜，并且由圆形光45°入射到目标表面作为定义。在我们普遍应用于机器视觉的今天，我们也使用非常低入射角10-15°的暗场照明（图2b），也使用单方向照明而不只是圆形光源。图3a和3b战事了明场和暗场照明对于一个镜面的不动的照明结果。

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要想完全明白暗场照明如何产生和使用，那么记住简单的入射光属性十分重要：入射角等于反射角。而且，一个必然的推论，实际反射面的细节决定了光如何反射。如果我们观察入射角和反射角在图3a和3b中，可以开始明白暗场的产生了。

例如，使用明场环形照明，我们投射大量光都从镜面反射回了透镜，我们因此看到成像如此大；实际上，大多数光被返回了相机。这结果就是图3a那样，典型的被称为镜面热点（specular hot spot）。比较暗场低角度环形光照明如图3b，大多数光都被反射远离相机，因此没有被接收，因此我们看见了“暗场”。自然地回避了问题—怎么样使他如此有用？

考虑上面提及的推论：从整个镜面表面反射了各自的表面细节，一些从缺陷部分反射的光到达了相机（见图4）。这样我们可以有效的检测出镜面表面的划痕。

图5a和5b展示了明场vs暗场照明的在一些普遍的检测中鲁棒性的比较。图5a中的图像是用标准共轴明场环形光照明采集的，而图5b是用线性条状从侧面照射的暗场照明得到的。我们看两种方法都看起来不错，但是考虑如果下一个样本有暗斑点：暗场图像可能会不

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变，但是斑点会在明场下平坦可见，因此也会影响检测结果。

图5a 图5b

那么是不是应该在出了表面缺陷的情况下，必须使用很低的入射角的完全暗场照明呢？不是。下面的例子中，我们看到使用离轴45°光，我们利用暗场效果，因此消除了镜面闪光问题。

图6的一系列图片展示了使用环形光和条形光照明的效果，大多数光线反射离开了相机，因此消除了镜面闪光，并且仍然留下足够的采集照明来观察表面标签和细节。图6a中的图像展示了共轴明场照明。比较图6b中使用离轴照明，也可以产生可以接受的检测结果。相似的，一个高强度阵列照明（图6c和6d）相对于瓶子长度的方向横向安装，并且工作距离很长。如果零件的通道时是受限的话也能得到同样可接受的检测结果。

图6a 共轴环形明场照明 图6b低角度环形明场照明

图6c 线性阵列照明 图6d 线性阵列照明装置

我们已经比较了明场和暗场照明的应用结果，但还是要对每一个有一些使用标准要考虑。

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