在機器視覺當中,暗角是一種比較常見的圖像缺陷。它會讓畫面邊緣和幾個角的亮度驟降,會導致灰度不均、特征提取失敗、測量誤差放大和軟件誤判。
暗角的情況特征
在拍攝均勻白板的時候,中心灰度值正常,四個角卻掉到原值的60~70%,在嚴重的時候甚至會直接出現黑角。彩色相機的暗角往往還會伴隨著色偏的出現

上圖就是典型暗角效果(雖為嵌入式相機示例,但工業鏡頭原理完全相同):中間亮、四周出現黑圈,畫面邊緣的細節完全丟失。
暗角的主要形成因素
工業鏡頭一般需要比較均勻的相對照度,但是一些因素會造成暗角:
成像圈不匹配:
這是最容易出現暗角的原因,鏡頭標稱成像圈 < 傳感器實際對角線尺寸,四個角就會被裁黑

上圖對比了不同接口的最大傳感器對角線:C-Mount 僅18mm、TFL僅28mm、F-Mount 43.3mm。如果把C-Mount鏡頭裝到1"傳感器上,那它的四個角就會出現全黑的暗角
安裝出現遮擋
鏡頭筒邊緣傾斜、轉接環過厚、接口的間距不對等等原因都會在物理層面上擋住邊緣的光線

如圖所示,鏡頭邊緣和傳感器不平行,就會直接導致出現暗角
自然光學暗角+像素微透鏡效應
廣角工業鏡頭(<12mm)邊緣光線入射角大,亮度按cos?θ衰減;小像素傳感器(2.4μm)邊緣像素收集效率更低。
常用的解決方案
在選型階段杜絕暗角
首先確定鏡頭是否匹配相機,然后再看相對照度曲線,邊緣大于85%的才算合格的產品
相機硬件平場矯正
幾乎所有工業相機都支持一鍵FFC

左圖:原始暗角(中心亮、邊緣漸暗,灰度曲線明顯滾降);右圖:執行FFC后,亮度顯著拉平,灰度曲線變成直線,邊緣細節會明顯恢復。

3D可視化更直觀:左側是未校正的亮度分布,右側為FFC開啟后的效果。
在機器視覺領域,暗角不是一個小問題,暗角的出現往往會影響到檢測精度、可重復性和系統可靠性的核心缺陷。無論成因是相機不匹配、遮擋還是其他因素,只要存在暗角就有可能導致尺寸測量偏差、缺陷漏檢等后果,進而使得產線遭受損失。
但是暗角完全可控,在選型階段可以通過選擇合適的鏡頭和相機即可避免大多數暗角的產生,使用我們的智能選型工具來選擇合適的鏡頭。
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