Die Bedeutung der Beleuchtung für die Bildverarbeitung

Die Bedeutung der Beleuchtung für die Bildverarbeitung

Willkommen zur nächsten Serie von Bildverarbeitungs-Blogs von ClearView Imaging. In den nächsten vier Blogbeiträgen werden wir die Rolle der Beleuchtung in maschinellen Bildverarbeitungssystemen untersuchen und warum Beleuchtung niemals übersehen, sondern als Schlüsselkomponente jedes erfolgreichen Bildverarbeitungssystems betrachtet werden sollte.

Egal, ob Sie daran interessiert sind, Ihr eigenes Bildverarbeitungssystem zu bauen oder einfach nur mehr über die Beleuchtungen für die industrielle Bildverarbeitung erfahren möchten, dieser Blogbeitrag ist für Sie.

Letztlich ist die Beleuchtung für alle Bildverarbeitungsanwendungen von grundlegender Bedeutung, und diese Liste umfasst natürlich Druck und Verpackung, Robotik, industrielle Automatisierung, Medizin, Life Sciences und die Automobilindustrie, um nur einige zu nennen. Wir wünschen Ihnen viel Spaß beim Lesen.

Beleuchtung für Bildverarbeitungsanwendungen

Die Ausleuchtung ist absolut entscheidend, wenn es um eine gute Bildqualität geht. Bei allen

 Bildverarbeitungsanwendungen möchten wir gut beleuchtete Umgebungen, damit Objekte mit klar definierten Details und Kanten wiederholbar mit einem ausreichend hohen Kontrastverhältnis abgebildet werden können, um zu erkennen, was wir erkennen möchten.

Die wichtigste Erkenntnis dabei ist, dass Sie die besten Kameras, Objektive, PC, Software und Bildvorverarbeitungsalgorithmen haben können, aber nichts davon kann eine gut geplante Beleuchtung ersetzten, um alle entscheidenden Details zu erkennen. Eine gute Ausleuchtung macht alles andere im Prozess viel einfacher.

Leider ist es nicht so einfach, ein Licht in die gleiche Richtung wie Ihre Kamera zu richten – es gibt viele Faktoren, die Sie berücksichtigen müssen, bevor Sie sich für ein Beleuchtungssetup für Ihr System entscheiden, und es wird immer eine optimale Beleuchtungsart für Ihre Anwendung geben.

Lassen Sie uns einige grundlegende Themen rund um die Beleuchtung für maschinelles Sehen durchgehen.

Graustufen in digitalen Bildern

Ein digitales Bild kann als eine ein- oder zweidimensionale Kombination von Pixeln beschrieben werden. Jedes dieser Pixel hat seine eigene Position (X/Y) und Intensität.

Bei der monochromen Bildgebung wird diese Intensität typischerweise in Graustufen definiert, die von 0-255 reichen.

Eine Reihe von Graustufen, 0-255.

Kontrast kann als die Abweichung zwischen diesen Graustufenwerten beschrieben werden – 0 steht für dunkel, 255 für hell. Sehen wir uns an, wie diese Werte auf die Bildverarbeitung angewendet werden.

Kontrast in der Mustererkennung & der Suche nach geometrischen Modellen

In Matrox Imaging Library X gibt es zwei Funktionen zum Erkennen von Mustern und Objekten in digitalen Bildern.

Pattern Matching (Mustererkennung)

Die erste davon heißt „Pattern Matching“ und basiert auf normalisierter Graustufenkorrelation (NGC), einer klassischen Bildverarbeitungstechnik, die ein Muster findet, indem sie nach einer ähnlichen räumlichen Intensitätsverteilung sucht.

Obwohl es sich um eine bewährte Erkennungsmethode handelt, kann die normalisierte Graustufenkorrelation in schlecht oder dynamisch beleuchteten Umgebungen Probleme haben. Daher ist es wichtig, ein Beleuchtungssetup zu wählen, das eine hohe wiederholbare Bildqualität mit guten Kontrastwerten erzeugt.

Geometrischer Modellfinder

Das Werkzeug Geometrischer Modellfinder (Geometric Model Finder) hingegen verwendet geometrische Merkmale (z. B. Konturen), um ein Objekt zu finden. Das Tool findet schnell und zuverlässig mehrere Modelle – einschließlich mehrerer Vorkommen – die mit Subpixel-Genauigkeit übersetzt, gedreht und/oder skaliert werden.

GMF lokalisiert ein teilweise fehlendes Objekt und arbeitet weiter, wenn eine Szene ungleichmäßigen Beleuchtungsänderungen unterliegt, wodurch die Beleuchtungsanforderungen verringert werden.

Sichtbares Lichtspektrum und Spektralbereich

Wenn wir von sichtbarem Licht sprechen, beziehen wir uns auf einen Bereich im Lichtspektrum, der für das menschliche Auge sichtbar ist, zwischen 380-780 Nanometer (nm). Dies wird als Spektralbereich bezeichnet.

Der Spektralbereich ist sehr wichtig, wenn Sie die Beleuchtung für Ihr Bildverarbeitungsprojekt planen. Einfach ausgedrückt hängt die Farbe des Lichts von seiner Wellenlänge ab, und unterschiedliche Wellenlängen haben unterschiedliche Eigenschaften, wenn sie mit unterschiedlichen Materialien und Umgebungen verwendet werden.

Charaktereigenschaften von Licht

Es gibt eine Reihe von Eigenschaften, die Licht bei der Interaktion mit Objekten annehmen kann. Hier sind die drei Haupttypen:

Diffusion

Diffusion ist im Wesentlichen die Streuung von Licht durch ein Medium.

Bedenken Sie, wie sich die Streuung ändert, wenn Licht durch ein strukturiertes Glasstück im Vergleich zu einem normalen Fenster gestreut wird.

Gibt es Oberflächen in Ihrem Vision-System, die das Licht unerwünscht diffus machen? Könnte eine diffuse Beleuchtung einen besseren Kontrast in Ihrem Bild ermöglichen? 

Reflexion

Denken Sie daran, dass wir nichts sehen können, ohne dass Licht von einem Objekt reflektiert wird (es sei denn, es ist selbst eine Lichtquelle). Das bedeutet, dass wir uns fast immer auf die Reflexion einer Lichtquelle verlassen, um ein gutes Bild erzeugen zu können; Allerdings ist es auch wichtig, das Reflexionsvermögen des zu erfassenden Objekts und die Beleuchtungsarten zu berücksichtigen, die die Bildqualität unterstützen oder beeinträchtigen.

Ohne die Sonne als Lichtquelle hätten wir Mühe, den Mond zu sehen.

Brechung

Brechung ist die Art und Weise, wie Lichtstrahlen aufgrund ihrer Wellenlänge durch Medien „gebeugt“ werden. Längere Wellenlängen brechen weniger als kürzere Wellenlängen, so dass oranges oder rotes Licht weniger zu biegen scheint als blaues oder violettes Licht.

Beugung

Die letzte Eigenschaft in dieser Liste ist die Beugung, bei der sich Licht um Objekte zu biegen scheint. Dies ist jedoch in maschinellen Bildverarbeitungskontexten nicht üblich und muss daher nicht unbedingt berücksichtigt werden.

Bildverarbeitungs-Beleuchtungen und -Lösungen von ClearView Imaging

Das war's für unsere Einführung in die Beleuchtung für die industrielle Bildverarbeitung. Schauen Sie sich in unserem Produktbereich unbedingt unsere große Auswahl an Bildverarbeitungsbeleuchtungen an!

Bleiben Sie nächste Woche auf dem Laufenden, während wir die verschiedenen Arten von Bildverarbeitungsbeleuchtungen erkunden!

Hier bei ClearView verfügen wir über ein breites Spektrum an Wissen und Expertise im Bereich Bildverarbeitung, um Ihnen bei der Entscheidung für die richtige Lösung für Ihr Projekt zu helfen.

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