机器视觉光源漫射光源知识讲解

在机器视觉系统中，光源有着非常重要的作用，但在实际应用环境中，总会受到物体表面产生的均匀照明光反复反射的影响，即环境光，这样检测的精度也在一定程度上受到影响。下面是漫射光源知识的详细讲解。

特定在物体表面可引起漫反射和镜面反射。漫反射是指来自特定光源的能量到达表面上的某一点，并向各个方向均匀散射，使该点在从不同角度观察时显得同样明亮。粗糙的表面，通常不光滑，有扩散效果。

漫射光公式

Lambert定律指出，漫反射的效果与表面相对于光源的取向有关，即：

　　Id=Ip•Kd•cosθ

其中Id是漫反射引起的可见表面上一点的亮度。Ip是点光源发出的入射光线引起的亮度。Kd是漫反射系数，它的取值在0到1之间，随物体材料不同而不同。是可见表面法向N和点光源方向L之间的夹角，即入射角，它应该在0°到90°之间。

为了简化公式中余弦值的实际计算，可以假定向量N和L都已经正规化，即已经是长度为1的单位向量，这样就可以使用向量的数量积或内积。

因为这时cosθ=L•N，于是得：

　　Id=Ip•Id•(L•N)

将环境光线和漫反射的效果结合起来，计算亮度的公式应该写成：

　　I=Ip•Kd+Ip•Id•(L•N)

通常认为具体光源对可见表面产生的照明作用，是随着光源与表面之间距离的增加而下降的。设R是光线从光源发出到达表面再返回的距离，则

　　I=Ip•Kd+Ip•Id•(L•N)/R2

对于平行投影，光源在无穷远处，故距离R成为无穷大。对于透视投影，1/R2也常常有很大的数值范围而使效果不好。一种比较逼真的效果，可通过用r+k代替R2来获得：

　　I=Ip•Kd+Ip•Id•(L•N)/(r+k)

其中r是光源到表面的距离，k是根据经验选取的一个常数。