بخشی از مقاله
چکیده
طراحی یک سامانه ماشین بینایی بایستی بهگونهاي باشد که کمترین عملیات پردازش تصویر را در پی داشته باشد. در این راستا نخستین گام انتخاب یک سیستم نورپردازي مناسب است. در این پژوهش روشهاي مختلف نورپردازي در ماشین بینایی براي مواد غذایی نیمه شفاف و نیمه جامد بررسی گردید - نمونه مورد آزمایش عسل بوده است - . چهار روش نورپردازي که عمدتا در ماشین بینایی استفاده میشوند بهکار برده شد شامل: نورپردازي از زیر، نورپردازي زمینه تیره - دارك فیلد 90 درجه و دارك فیلد 45 درجه - ، نورپردازي زمینه روشن، و نورپردازي پخش شده. انتخاب بهترین روش نورپردازي با استفاده از محاسبه توصیفگرهاي ماتریس هم-وقوعی شامل انرژي، تباین، همگنی و همبستگی انجام شد. نتایج نشان داد که دو نوع نورپردازي زمینه تیره و زمینه روشن، براي مایعات نیمه شفاف بهدلیل ایجاد انعکاس و در نتیجه تولید یک سطح با شدت غیریکنواخت مناسب نمیباشند.
نورپردازي پخش شده و نورپردازي از زیر تصاویري تولید کردند که توصیفگرهاي ماتریس هم-وقوعی آنها بهترتیب براي انرژي، همگنی و کنتراست عبارتاند از 1، 1، 0، و مقدار همبستگی نیز تعریف نشده است. نورپردازي پخش شده، یک محفظه با نوردهی بسیارخوب ایجاد میکند اما در کنارههاي ظرف حاوي نمونه مقداري انعکاس دیده میشود. نورپردازي از زیر یک سطح کاملا یکنواخت و بدون هیچگونه انعکاس تولید میکند. بنابراین در زمان نیاز به تولید شدت یکنواخت در کل سطح نمونه بهتر است از این روش استفاده شود.
مقدمه
اجراي پردازشهاي سطح پایین تصاویر ضروريترین و اولین مرحله در هر کاربردي از ماشین بینایی است که به نورپردازي مناسب در محیط کار نیاز دارد. انتخاب و جايگذاري دوربینها و منابع نور یکی از مهمترین مراحل در ایجاد یک سامانه ماشین بینایی موفق است چون گرفتن تصویري با کیفیت بالا تا حد زیادي الگوریتمهاي بینایی را ساده نموده و قابلیت اطمینان آنها را بهبود میبخشد - Cowan . - et al, 1992 پردازشهاي سطح پایین در پردازش تصویر مانند قطعهبندي، اولین مرحلهي کاربرد ماشین بینایی هستند.
این پردازشها روي تصاویر مقیاس خاکستري و تحت شرایط نوري مختلف، به صورتهاي متفاوتی انجام میشود، به دو روش میتوان این وضعیت را بهبود بخشید: - 1 مقاوم ساختن پردازشهاي سطح پایین نسبت به تغییرات نورپردازي - 2 داشتن یک نورپردازي کنترل شده با استفاده از منابع نور خارجی. در کاربردهایی که سرعت کار مهم است استفاده از روش دوم بهتر است. نورپردازي خوب و یکنواخت بسیار حایز اهمیت است. نورپردازي غیریکنواخت میتواند باعث ایجاد خطا در طبقهبندي شود . - Cowan et al, 1991; Haralik, 1995 - چهار اصل مهم براي روشنایی در ماشین بینایی وجود دارد که عبارتند از:
-1 هندسه: رابطه سه بعدي بین نمونه، نور و دوربین.
-2 ساختار یا الگو: شکل نوري که به سمت نمونه هدایت میشود.
-3 رنگ یا طول موج: نور بوسیله نمونه و زمینه آن چگونه جذب یا منعکس می شود.
-4 فیلترها: که برخی طول موجها یا مسیرهاي نوري را عبور داده و یا مسدود میکنند.
تباین1 موثر با استفاده از هندسهاي شامل حرکت نمونه، نور یا دوربین تا زمان رسیدن به تشخیص درست تغییر میکند. براي مثال یک نور حلقوي هم محور با دوربین - نوري که در اطراف دوربین نصب شده است - انعکاسی در سطوح شفاف ایجاد میکند که با حرکت دادن سادهي نور به خارج از محور نقاط انعکاسی نیز به خارج از دید دوربین هدایت میشوند. در این زمینه تاکنون پژوهشهایی انجام شده است.کوان و همکاران روشی براي تعیین مکان دوربین و منبع نور بهصورت خودکار ارائه نمودند - Cowan . - et al, 1991 لی وهمکاران یک روش برنامهریزي ریاضی را براي تعیین موقعییت بهینه حسگر و منبع نور بهکار بردند - Haralik, - 1995، ایشان موقعیت بهینه دوربین را مکانی تعریف کردند که در آن تصاویر تولیدي کمترین تغییرات را در اندازهگیريهاي مدنظر داشته باشد.
منابع نوري که هم اکنون در ماشین بینایی استفاده می شوند عبارتند از: لامپهاي فلورسنت، جیوه، قوس زنون، لامپهاي سدیم فشار بالا، فیبرهاي نوري کوارتز- هالوژن و دیودهاي نورافشان یا .LED لامپهاي فلورسنت، کوارتز-هالوژن و LED انواع سیستمهاي روشنایی هستند که درماشین بینایی بهویژه براي ارزیابی درمقیاس کوچک تا متوسط بهکار میروند، درحالیکه لامپهاي بخار جیوه ،لامپهاي زنون و سدیم در کاربردهاي مقیاس بالا یا جاهایی که به منبع نور خیلی روشن نیاز است استفاده میشوند. در سالهاي اخیر تکنولوژي LED در پایداري، شدت روشنایی و کم هزینه بودن بهبود یافته است، و سیستمهاي روشنایی بر اساس دیودهاي نورافشان ارزانتر و رایجتر شدهاند. این لامپها مصرف انرژي کمی دارند و گرماي کمتري تولید میکنند. در پژوهش حاضر نیز لامپهاي LED بهکار شد. روشهاي نورپردازي مورد استفاده در ماشین بینایی عبارتند از:
-1 نورپردازي از زیر1
-2 نورپردازي پخش شده2
-3 زمینه روشن3
-4 زمینه تیره4
نورپردازي از زیر یک کنتراست ثابت ایجاد میکند و معمولترین کاربرد آن تشخیص وجود یا عدم وجود سوراخ و درز، محل یا جهت قطعات و نیز براي اندازهگیري اشیا است. نورپردازي پخش شده اغلب روي نمونههاي براق یا صیقلی یا نمونههاي با انعکاس پیچیده بهکار میرود ولی به یک نور چند جهتی نیاز است. نورپردازي زمینه روشن، روش نورپردازي است که بسیار شبیه به نورپردازي است معمول روزانه، مانند نور خورشید است. این نوع نورپردازي که "جهتی" است انتخابی مناسب براي ایجاد تباین و بهدست آوردن جزییات توپوگرافی نمونه است.
نورپردازي زمینه تیره را ما هر روزه در زندگی خود استفاده میکنیم. کاربرد مؤثر نورپردازي زمینه تیره به این دلیل است که بیشتر نور برخوردي را که باعث ایجاد نقاط سفید میشود به خارج از دید دوربین میبرد. جنبه مهم دیگر نورپردازي زمینه تیره، انعطافپذیري آن است. در این پژوهش بهترین روش نورپردازي از میان روشهاي نورپردازي ذکر شده براي مواد غذایی نیمه شفاف و نیمه جامد - نمونه مورد آزمون عسل - انتخاب شد. در این تحقیق براي نخستین بار در جهان از تحلیل بافت تصویر براي انتخاب بهترین روش نورپردازي استفاده شد.
