不過就如人生一樣
，視覺檢測時常麵臨挑戰和困境，譬如一些表麵帶有天然的紋理或高度反光的物體；再譬如
，一些部件經過打磨或衝壓等製造過程
，產生了彎曲或帶紋理的表麵；還有一些物件帶有浮雕圖案或凹凸不平特征，例如是衝壓或雕刻標記，這些都會為檢測帶來困難。傳統的二維算法和預處理工具往 往不能可靠的解決這些問題。基於陰影重建形狀(Shape from Shading)技術則是一種經過驗證的更可靠方法
，能夠應付這些複雜的檢測任務。

 

本文中一下兩個應用案例

，顯示陰影重建形狀(SFS)技術如何提高目標物體的反差並盡可能地抑製背景噪聲，使得更容易地檢測出缺陷並成功讀取字符。

 

上圖：原圖像
；中圖：陰影重建形狀技術處理後的圖像; 下圖：利用Teledyne DALSA Sherlock 軟件的陰影重建形狀技術處理後的圖像

 

陰影重建形狀技術的廣泛應用

 

下麵兩個例子顯示 SFS 陰(yin)影(ying)重(zhong)建(jian)形(xing)狀(zhuang)技(ji)術(shu)的(de)應(ying)用(yong)如(ru)何(he)解(jie)決(jue)一(yi)些(xie)傳(chuan)統(tong)二(er)維(wei)算(suan)法(fa)和(he)預(yu)處(chu)理(li)器(qi)難(nan)於(yu)處(chu)理(li)的(de)情(qing)況(kuang)。在(zai)第(di)一(yi)個(ge)案(an)例(li)中(zhong)
，製(zhi)造(zao)商(shang)試(shi)圖(tu)檢(jian)測(ce)瓷(ci)磚(zhuan)表(biao)麵(mian)的(de)裂(lie)縫(feng)或(huo)劃(hua)痕(hen)。可(ke)是(shi)由(you)於(yu)瓷(ci)磚(zhuan)表(biao)麵(mian)帶(dai)有(you)複(fu)雜(za)的(de)紋(wen)理(li)背(bei)景(jing)，使(shi)得(de)一(yi)般(ban)的(de)照(zhao)明(ming)技(ji)術(shu)和(he)常(chang)規(gui)的(de)二(er)維(wei)預(yu)處(chu)理(li)器(qi)和(he)算(suan)法(fa)很(hen)難(nan)及(ji)時(shi)檢(jian)測(ce)到(dao)異(yi)常(chang)
，因(yin)為(wei)這(zhe)些(xie)缺(que)陷(xian)在(zai)標(biao)準(zhun)成(cheng)像(xiang)中(zhong)根(gen)本(ben)無(wu)法(fa)察(cha)覺(jiao)。利(li)用(yong) SFS 技術，凹陷、裂縫和刮痕都能夠被輕易從背景中分離，分辨及被檢測出來。

 

在上麵的示例中

，可以看到字體和圖案是以凸壓方式印在名片上。 如ru第di一yi張zhang圖tu片pian所suo示shi
，在zai文wen首shou的de圖tu片pian中zhong，在zai名ming片pian上shang的de壓ya印yin字zi體ti其qi實shi是shi很hen難nan用yong肉rou眼yan來lai閱yue讀du的de。雖sui然ran低di角jiao度du暗an場chang光guang源yuan會hui有you幫bang助zhu
，但dan還hai是shi不bu夠gou強qiang大da和he穩wen定ding。利li用yong SFS 配合多角度多重光源，可實現具有更高反差和更出色的合成圖像。圖像經處理後，名片上的所有字體均清晰顯示 （如上麵第二張圖片所示）
，以便於標準光學文字辨識算法查驗。

 

什麼是 SFS 陰影重建視覺技術
？

 

陰影重建形狀(Shape from Shading，簡稱 SFS)是shi一yi種zhong將jiang物wu件jian形xing狀zhuang和he它ta的de二er維wei表biao麵mian紋wen理li分fen離li的de技ji術shu。通tong常chang
，一yi般ban來lai說shuo，它ta是shi用yong於yu突tu顯xian圖tu像xiang的de三san維wei表biao麵mian紋wen理li信xin息xi，即ji所suo謂wei的de形xing狀zhuang圖tu像xiang
，並bing除chu去qu高gao反fan光guang部bu分fen的de眩xuan光guang
，即ji所suo謂wei的de紋wen理li圖tu像xiang。這zhe一yi技ji術shu的de工gong作zuo原yuan理li是shi利li用yong分fen段duan環huan燈deng或huo獨du立li的de條tiao形xing燈deng並bing將jiang多duo個ge圖tu像xiang組zu合he為wei一yi個ge圖tu像xiang而er起qi作zuo用yong。拍pai攝she過guo程cheng會hui從cong一yi係xi列lie圖tu像xiang中zhong提ti取qu數shu據ju以yi揭jie示shi以yi前qian隱yin藏zang的de表biao麵mian特te征zheng或huo缺que陷xian。

 

相機會按照環燈的逆時針轉動方向，拍攝出四個不同照明角度的圖像。接著利用陰影重建形狀(SFS)技術把四個圖像合成，以顯示三維表麵結構。上麵的四幀圖片顯示出一個帶紋理的瓶蓋在不同照明角度下拍攝出來的影像
，以及經SFS 算法處理後的合成圖像。

 

下圖顯示 SFS 技術的合成和處理過程。

 

利用多角度多重光源(使用者可編程)擷取的四個影像

 

Teledyne DALSA Sherlock 軟件裏的 SFS 算法可計算具有 3D 效果的合成圖像
，以增強對比度，同時抑製背景噪聲。

 

形狀圖像

 

工作原理如下：算suan法fa會hui搜sou尋xun從cong每mei一yi照zhao明ming方fang向xiang建jian構gou出chu來lai的de陰yin影ying以yi及ji突tu顯xian出chu來lai的de邊bian緣yuan。每mei一yi幀zhen圖tu像xiang的de陰yin影ying和he邊bian緣yuan會hui組zu合he成cheng一yi個ge圖tu像xiang
，以yi展zhan示shi各ge部bu份fen的de高gao度du差cha異yi。

 

這特別有助於偵測刮痕、凹陷
、遺失的部件等等。

 

紋理圖像

 

該算法還將尋找沒有直接照明的圖像區域。 然後，它將看起來相同的圖像的所有區域（即它們沒有眩光）組合到一個沒有眩光的圖像中。 這對於檢查高反射率零件或通過塑料或透明材料覆蓋物或包裹物檢查零件很有用。

 

如何處理運動中目標物的檢測

 

假如部件在檢測過程中處於運動狀態，SFS deqianrushihuodongjiaozhengjizhikeyichulitongyibujianzaimeiyituxiangxiequshiweiyubutongweizhideqingkuang。zaitongguoewaideyifutuxiang，jisuoweidesouxuntuxiang。tongguobijiaodiyifutuxianghesouxuntuxiang，suanfahuizhaochubujianzaituxiangxiequshidehuodongmoshi，congershibiebingduiqizhengquedexiangsu。

 

磁磚彩色圖像 磁磚單色圖像

 

經 SFS 處理的圖像

 

SFS 陰影重建技術的優勢

 

這種先進的視覺解決方案具有許多獨特的優勢。 通過先進軟件算法配合多角度照明

，它有助於消除表麵背景效果（例如噪音或色彩），並產生聚焦於具有強烈對比度的特征的輸出圖像，以方便檢查。 它特別適合檢查多種材料（例如金屬，塑料
，橡膠和陶瓷）的反射表麵和粗糙表麵是否有瑕疵（例如凹痕，凹槽
，裂縫和劃痕），並清晰顯示難以理解的字符。

 

 

推薦閱讀：

 

設計電路當然要“知己知彼”，開關穩壓器拓撲的噪聲特性大起底