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好影像優先:相機、光源、觸發與前處理

AI 模型只能看到影像中拍到的東西。本課說明如何選定相機、光源與拍攝時機,讓瑕疵在影像中清楚呈現,並在送入模型前整理亮度與背景。

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本課重點
  1. 檢測效能的上限由影像決定。影像中看不見的瑕疵,任何模型都找不到。
  2. 解析度要依「必須找出的最小瑕疵會拍成幾個像素」來決定。
  3. 光源是製造瑕疵對比的工具。依瑕疵種類選擇環形、同軸、背光或方向光源。
  4. 將相機、光源、鏡頭設定儲存為配方(recipe),讓資料收集與現場檢測在相同條件下運作。

追溯視覺檢測專案卡關的原因,很多時候問題出在影像而不是模型。瑕疵在影像中拍得模糊,再怎麼增加訓練資料,準確率也不會提升。反過來說,如果影像中的瑕疵清晰可見,用簡單的規則也能判定。

相機·鏡頭解析度·曝光 光源製造對比 觸發拍攝時機 前處理整理亮度·背景 模型·規則判定 檢測效能的上限在這裡決定
前三個階段(橘色)由拍攝設備決定,後兩個階段由軟體處理。

相機與解析度

解析度不是從「要用幾百萬像素的相機」出發,而是從必須找出的最小瑕疵會拍成幾個像素倒推計算。

  1. 決定要檢測的視野(FOV)寬度。例:60 mm。
  2. 決定最小瑕疵尺寸。例:0.2 mm。
  3. 決定該瑕疵至少要跨幾個像素才能穩定看見。現場通常以 3~5 個像素以上為目標。
  4. 所需水平像素數 = 60 ÷ 0.2 × 4 ≈ 1,200 像素。在此基礎上保留餘裕來選擇相機。

如果在零件移動中拍攝,也要一併檢查曝光時間。曝光期間零件移動超過 1 個像素,邊緣就會模糊。長形零件或旋轉體這類難以一次拍進一張影像的對象,則使用逐行連續拍攝的線掃描相機。fineAi Viewer Pro 即為線掃描用。

光源是製造對比的工具

同一個零件,瑕疵會隨光源不同而顯現或消失。選擇光源時,要思考「瑕疵反射光線的方式和周圍有何不同」。

光源 容易看清的特徵 例
環形光源 均勻照亮整體、顏色·髒污 一般外觀
同軸光源 平坦光亮表面上的刮傷·壓痕 金屬加工面
背光 外輪廓形狀、孔、尺寸 輪廓(剪影)量測
方向(斜射)光源 表面凹凸、淺刮傷 微小壓痕

設置多個方向光源並依序點亮拍攝,甚至可以計算出表面的高低起伏。此方法在 Photometric Stereo 課程中說明。

觸發:何時拍攝

零件若經過輸送帶,相機必須在完全相同的位置拍攝。使用將感測器訊號直接輸入相機的硬體觸發(GPIO),就能不受軟體延遲影響,在固定位置拍攝。在由機械手臂夾持零件並停在相機前的工作站(cell)中,則由機械手臂控制器透過 Modbus 訊號請求拍攝。

用配方固定條件

收集訓練資料時與現場檢測時的條件不同,模型就會收到從未看過的影像。因此要將相機曝光·增益、光源通道與亮度、鏡頭設定儲存為配方(recipe)。在 fineAi Viewer 建立的配方可以轉換後帶入 Multi-Inspector,讓收集階段與檢測階段在相同條件下運作。

送入模型前的前處理

拍攝的影像可以直接使用,但經過幾項處理能讓訓練更穩定。在 Multi-Inspector 的檢測模式設定(modeN_type)中可選擇的前處理如下。

  • histogram-eq / clahe — 拉開亮度分布,讓暗部區域的瑕疵顯現出來。CLAHE 會將影像切成小區塊,逐區調整對比,因此適合只有一側偏暗的影像。
  • live_canny — 以 Canny 邊緣建立零件的輪廓遮罩,只保留零件並移到畫面中央。背景的輸送帶紋路或治具不會干擾判定。
  • rotation-fix — 將零件旋轉至相同方向擺正。下一堂課 對位 會詳細說明。

現場檢查清單

  • 最小瑕疵是否拍成 3~5 個像素以上?
  • 同一個零件拍 10 次,亮度與位置是否一致?
  • 將有瑕疵與無瑕疵的樣品並排比較,人眼是否能清楚看出差異?
  • 是否已儲存配方,並在收集與檢測時使用相同的配方?

如果最後一個問題能有把握地回答「是」,就可以進入選擇模型的階段。