آموزش روش های نورپردازی در بینایی ماشین و پردازش تصویر

در سیستم های بینایی ماشین و پردازش تصویر برای عکس برداری نیاز به نورپردازی مناسب داریم. بدون اینکه تصویر مناسبی بگیریم نمی توانیم آن را به درستی پردازش کنیم. اما حقیقت این است که بدون نورپردازی مناسب برای گرفتن عکس، اصلا قادر به پردازش آن تصویر نیستیم، حتی با قدرتمندترین نرم افزار پردازش تصویر !

تجربه ما در “تیم ویژن سیستم” نشان می دهد که در بسیاری از موارد انجام پروژه های بینایی ماشین و پردازش تصویر بدون داشتن دانش و تخصص کافی در زمینه ی لایت غیر ممکن است. انتخاب لایت نامناسب کدنویسی را خیلی سخت  و گاهی غیر ممکن می کند. شما می توانید برای انجام پروژه های خود از ما مشاوره بگیرید.

متاسفانه مرجع مناسبی در زمینه نورپردازی سیستم های ویژن، به زبان فارسی وجود ندارد. ما در شرکت بینا پردازش سیستم تصمیم به آموزش تکنیک های نور پردازی، انواع لایت های بینایی ماشین، شیوه  انتخاب لایت و… گرفتیم. به عنوان اولین قدم پیشنهاد ما این است که روشهای نورپردازی را یاد بگیرید.

برای ثبت نام در “دوره آموزشی بینایی ماشین با نرم افزار هالکن ” اینجا کلیک کنید.

نور مستقیم و نور پخشنده

قبل از اینکه بخواهیم وارد تکنیک های نورپردازی شویم باید با دو مفهوم خیلی ساده آشنا شویم: یکی نور مستقیم و دیگری نور پخشنده.
نور مستقیم چیست و چه نوری است؟
اگر جسمی به یک لامپ رشته ای یا یک نور led نزدیک باشد اصطلاحا می گوییم آن نور مستقیم است. در این حالت نور دارای جهت خاصی است.
فرض کنید که بین آن جسم و لامپ یک برگه کاغذ یا یک پارچه ی نازک سفید قرار بگیرد. در این حالت دیگر نور مستقیم به جسم برخورد نمی کند. وجود پارچه یا کاغذ نور را می شکند و به جهت های مختلفی پخش می کند. در این حالت اصطلاحا می گوییم نور پخشنده است.بهترین نوع نور پخش شونده لایت گنبدی است که در آن نور در جهات مختلف به تمام جزییات تابانده می شود.

آموزش تکنیک های نور پردازی در سیستم ویژن

بسته به اینکه نور از کدام جهت به شی بتابد تصویر شی متفاوت خواهد بود. به شکل زیر دقت کنید دوربین از بالا شی را مشاهده می کند و حالت های مختلف نورپردازی در این شکل مشخص شده است.

نور از جلو : فرض کنید برای گرفتن عکس 4*3 به عکاسی رفته ایم. در این حالت عکاس برای گرفتن تصویر صورت ما نور را به صورت ما می تاباند. به این تکنیک نور از جلو یا front ligh گفته می شود. در تصویر زیر نور از جلو با ناحیه زرد رنگ مشخص شده است. این روش رایج ترین راه نورپردازی در پردازش تصویر است.

نور از پشت :  در این حالت دوربین روبروی جسم و منبع نور پشت جسم است. به این تکنیک نورپردازی از عقب یا back light گفته می شود. با این روش سایه شی در تصویر نمایان خواهد شد و خیلی موارد مانند رنگ و… در تصویر دیده نمی شوند. البته این روش گاهی می تواند خیلی مفید باشد، مثلا وقتی می خواهیم وجود یا عدم وجود یک جسم در تصویر را بررسی کنیم، یا زمانی که بخواهیم یک شیشه را بازرسی کنیم.

نور از بغل : در حالت نور از بغل نور با زاویه خیلی مایل و کم به تصویر می تابد. به این نوع تصویر برداری میدان تاریک یا Dark Feild گفته می شود. تصویر برداری در میدان تاریک باعث می شود لبه ها برجسته شوند. در این روش نور با زاویه کمی نسبت به جسم (کمتر از 30 درجه) تابانده می شود. این روش نورپردازی فقط در حالت های خاص مورد استفاده قرار می گیرد.

نتیجه تصویر برداری با هر یک از تکنیک های ذکر شده در عکس زیر آمده است .

نور از جلو (مستقیم)

نور از جلو به صورت مستقیم باعث ایجاد بازتاب شدیدی روی سطح می شود و ناحیه های خیلی روشنی روی تصویر ایجاد می کند. همانطور که در تصویر سکه می بینید این عکس برای پردازش تصویر عکس بسیار بدی است. دقت کنید که بازتاب در فلزات و اشیا براق خیلی بیشتر است و روی یک جسم مات با همین شرایط می توان تصویر نسبتا بهتری را دریافت کرد.

نمونه ای از نور پردازی یک برد چاپی با یک لایت رینگی با شیوه نور از جلو (مستقیم) در تصویر زیر آمده است. در این تصویر دوربین از وسط حلقه لایت رینگی، برد چاپی را می بیند.

نور از جلو (پخش شونده)

به تصویر گرفته شده از سکه با نور پخش شونده دقت کنید. نور پخش شونده روی سکه موجب ایجاد یک تصویر هموار و یک دست شده است.

آیا به نظر شما این تصویر برای پردازش تصویر مناسبی است؟

چنانچه بخواهیم پاسخ درستی به این سوال بدهیم بایستی بگوییم بستگی دارد که چه چیزی در تصویر مد نظر ما باشد. مثلا اگر بخواهیم عدد یا نوشته ای را از روی سکه بخوانیم این تصویر اصلا خوب نیست. برجستگی های سکه در این عکس کمرنگ شده اند. اما اگر بخواهیم سطح را بررسی کنیم می تواند تصویر مطلوبی برای ما باشد.

نور از جلو با زاویه (مستقیم)

نور از جلو با زاویه ؛ مشابه همان نور از جلو می باشد. تنها تفاوت این دو مورد این است که زاویه تابش نور در این حالت فرق می کند. به تصویر سکه دقت کنید و این حالت را با حالت نور از جلو مقایسه کنید. مقایسه دو تصویر به ما نشان می دهد که در حالت استفاده از نور از جلو با زاویه بازتاب خیلی کم شده است.

میدان تاریک

در نورپردازی به شیوه میدان تاریک نور با زاویه خیلی کمتری به شی تابانده می شود. از این رو موجب برجستگی لبه ها می گردد. تصویر گرفته شده از سکه را در این حالت ببینید. نقش های برجسته در تصویر نظیر عدد با تاکید بیشتری نمایش داده می شوند. دقت کنید که در این حالت سطح روی سکه به صورت یکدست و تاریک به نمایش در آمده است.

در شکل زیر یک نمونه از نور پردازی با شیوه میدان تاریک با استفاده از یک لایت رینگی نمایش داده شده است. به شکل نگاه کنید، جسم به گونه ای قرار گرفته است که نور با زاویه کمی به آن تابانده می شود. نتیجه این نوع تصویر برداری برجستگی ویژگی ها و لبه های تصویر است.

نکته مهم : در نور پردازی به شیوه میدان تاریک خیلی مهم است که شی مرکز تصویر قرار بگیرد. در غیر این صورت روشنایی تصویر یکدست نخواهد بود. به همین دلیل این نوع تصویر برداری کمتر مورد توجه مختصصان سیستم های بینایی ماشین و پردازش تصویر قرار گرفته است. 

میدان تاریک با زاویه کم

در تصویر برداری به شیوه میدان تاریک با زاویه کم ، زاویه نور تابیده شده به شی خیلی کاهش پیدا می کند (نزدیک صفر) و این باعث می شود لبه های کمتر اما با تمایز بیشتری در شکل نمایش داده شوند. این نکته در تصویر سکه قابل مشاهده است. در کنترل کیفیت بعضی از محصولات یا قطعات نیاز داریم، تا نور را با زوایه بتابانیم تا ایرادات محصول بیشتر مشخص شود. مثلا در کنترل کیفی خط و خش های روی سطح استفاده از میدان تاریک می تواند برجستگی را بیشتر نمایان کند.

با استفاده از تکنیک نور پردازی از پشت یا back light می توانیم یک تصویر شبح مانند از شی بگیریم.

نور از پشت یا back light

دوباره به شکل سکه ها نگاه کنید. تصویر یک سکه با نور از پشت (Back Light) به صورت یک دایره سیاه ظاهر می شود. با استفاده از تکنیک نورپردازی از پشت یا back light می توانیم یک تصویر شبح مانند از شی بگیریم. در بینایی ماشین این نوع نورپردازی کاربرد های زیادی دارد، به عنوان مثال؛ در اندازه گیری ابعادی، تشخیص حضور یا عدم حضور شی، نور پردازی شیشه، بررسی سطح مایع و موارد متعدد دیگر.

حالا که با انواع روشهای نورپردازی آشنا شدید آنها را تمرین کنید. اگر به لایت های حرفه ای دسترسی ندارید کافی است از لایت های معمولی LED برای این کار کمک بگیرید. حتی می توانید با استفاده از چراغ قوه موبایل این کار را انجام دهید. یک قطعه انتخاب کنید و با استفاده از یک دوربین معمولی یا دوربین موبایل، در حالت های مختلف از آن عکس بگیرید و نتایج را مقایسه کنید و اگر تمایل داشتید عکس های گرفته شده را برای ما نیز بفرستید.

قدم بعدی در یادگیری لایت های بینایی ماشین، شناخت انواع آنهاست. که در مقاله ی 5 منبع کاربری نورپردازی به آن پرداخته ایم. همچنین اگر به اطلاعات تخصصی بیشتری در سیستم های بینایی ماشین نیاز دارید پیشنهاد می کنیم به سایت زبان انگلیسی دکتر ویژن سری بزنید.

معرفی 5 منبع نور مهم در بینایی ماشین و پردازش تصویر

آموزش نورپردازی در بینایی ماشین و پردازش تصویر

سیستم بینایی ماشین چیست و چگونه کار می کند؟