Một mô hình học sâu tốt hơn tốn nhiều tuần. Một bộ đèn tốt hơn tốn vài trăm nghìn và thường cải thiện nhiều hơn. Đây là kinh nghiệm lặp lại ở hầu hết dự án thị giác máy.
Vì sao chiếu sáng quan trọng đến vậy
Nó quyết định thông tin có trong ảnh. Thuật toán chỉ xử lý được thứ đã có trong ảnh. Ánh sáng kém thì thông tin không tồn tại, và không thuật toán nào phục hồi được.
Nó quyết định độ ổn định. Ánh sáng thay đổi làm ảnh thay đổi, và mô hình huấn luyện trong điều kiện này hoạt động kém trong điều kiện khác.
Nó rẻ. So với camera tốt hơn, máy tính mạnh hơn, hay hàng tuần chỉnh mô hình.
Nó có kết quả ngay. Thấy được ngay khi thử, không cần chờ huấn luyện lại.
Cách kiểm nhanh xem có vấn đề chiếu sáng không. Chụp cùng một cảnh vào các thời điểm khác nhau trong ngày và so. Nếu ảnh khác nhau đáng kể thì ánh sáng môi trường đang chi phối và cần kiểm soát.
Mục tiêu. Ảnh giống nhau bất kể giờ nào, thời tiết nào, đèn phòng bật hay tắt. Đạt được điều đó là giải quyết được phần lớn vấn đề ổn định.
Các kiểu chiếu sáng
Chiếu trực tiếp. Đèn chiếu thẳng vào vật. Sáng, đơn giản. Tạo bóng đổ mạnh và điểm loá trên bề mặt bóng.
Chiếu khuếch tán. Ánh sáng qua tấm tán xạ, tới từ nhiều hướng. Ít bóng, ít loá. Tốt cho bề mặt bóng và cho việc nhận màu chính xác. Đây là kiểu mặc định nên thử trước.
Đèn vòng. Vòng đèn quanh ống kính. Chiếu đều, ít bóng theo hướng nhìn. Rất phổ biến vì gọn và hiệu quả.
Ngược sáng. Đèn đặt phía sau vật, camera nhìn bóng đen của vật. Cho biên dạng cực kỳ rõ. Kỹ thuật mạnh nhất cho đo kích thước và kiểm hình dáng.
Chiếu góc thấp. Đèn gần như song song bề mặt. Làm nổi bật vết xước, vết lõm, chữ khắc. Dùng cho kiểm tra khuyết tật bề mặt.
Chiếu đồng trục. Ánh sáng đi cùng trục với camera qua gương bán mạ. Cho bề mặt gương phản chiếu đều. Dùng với bề mặt kim loại phẳng bóng.
Nguyên tắc chọn. Xác định đặc trưng cần thấy trước, rồi chọn kiểu chiếu làm đặc trưng đó nổi bật nhất so với phần còn lại.
Màu sắc và bước sóng
Công cụ ít được dùng và rất hiệu quả.
Nguyên tắc. Chiếu ánh sáng cùng màu với vật thì vật sáng lên; chiếu màu bù thì vật tối đi. Dùng để tăng tương phản giữa vật và nền.
Ví dụ. Chi tiết đỏ trên nền xanh. Chiếu đèn đỏ thì chi tiết sáng và nền tối — tương phản rất mạnh, và bài toán phân vùng trở nên đơn giản.
Ánh sáng hồng ngoại. Mắt người không thấy nên không gây khó chịu cho người xung quanh. Nhiều vật liệu có tính chất khác dưới hồng ngoại, đôi khi lộ ra đặc trưng không thấy được bằng ánh sáng thường.
Ánh sáng tử ngoại. Làm một số vật liệu phát huỳnh quang. Dùng để phát hiện chất đánh dấu hoặc vết bẩn nhất định. Cần lưu ý an toàn cho mắt.
Đèn đơn sắc và lọc. Chiếu một bước sóng, đặt kính lọc cùng bước sóng trước ống kính. Loại gần như hoàn toàn ánh sáng môi trường. Kỹ thuật mạnh để đạt độ ổn định trong không gian không kiểm soát được ánh sáng.
Đây là cách thực dụng nhất để robot hoạt động ổn định trong xưởng có cửa sổ mà không phải che kín toàn bộ.
Kiểm soát ánh sáng môi trường
Nửa còn lại của bài toán.
Che ánh sáng tự nhiên. Rèm, tấm che, hoặc vỏ bao quanh vùng làm việc. Đơn giản nhất và hiệu quả nhất.
Vỏ bao. Bao quanh vùng camera nhìn, chiếu sáng bên trong. Cho điều kiện hoàn toàn kiểm soát được. Đây là cách các hệ thống kiểm tra công nghiệp làm.
Sơn nền không phản chiếu. Nền đen nhám hấp thụ ánh sáng lạc và tăng tương phản.
Tránh đèn phòng nhấp nháy. Đèn huỳnh quang và một số đèn LED nhấp nháy theo lưới điện. Với thời gian phơi ngắn thì gây độ sáng khác nhau giữa các khung.
Chọn tần số đèn phù hợp. Đèn chuyên dụng cho thị giác máy có nguồn một chiều ổn định, không nhấp nháy.
Với robot di động thì khó hơn. Không kiểm soát được môi trường. Giải pháp là chiếu sáng gắn trên robot đủ mạnh để chi phối ánh sáng môi trường, cộng lọc bước sóng.
Ghi lại điều kiện. Chụp ảnh mẫu lúc lắp đặt và lưu. Khi hệ thống bắt đầu lỗi, so ảnh hiện tại với ảnh mẫu thường cho biết ngay điều gì đã thay đổi.
Thiết lập và bảo trì
Thử nghiệm trước khi cố định. Đặt đèn ở nhiều vị trí và góc, chụp ảnh, so sánh. Một buổi thử nghiệm tiết kiệm nhiều tuần chỉnh phần mềm.
Ghi lại cấu hình. Vị trí đèn, góc, công suất, khoảng cách. Để dựng lại được và để nhân bản cho hệ thống thứ hai.
Cố định chắc chắn. Đèn xê dịch là ảnh đổi. Giá đỡ vững và khoá lại.
Đèn suy giảm theo thời gian. Đèn LED giảm độ sáng dần qua hàng nghìn giờ. Chậm nên không ai nhận ra, nhưng đủ để hệ thống kém đi.
Bụi trên đèn và tấm tán xạ. Giảm độ sáng và làm phân bố không đều. Nên vào lịch vệ sinh cùng với lau ống kính.
Giám sát độ sáng ảnh. Đo độ sáng trung bình của một vùng chuẩn trong mỗi ảnh. Xu hướng giảm là dấu hiệu đèn suy giảm hoặc bụi bám — cảnh báo trước khi hệ thống bắt đầu sai.
Dự phòng đèn. Đèn hỏng thì hệ thống dừng. Nên có sẵn, nhất là loại chuyên dụng phải đặt hàng.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao chiếu sáng quan trọng hơn thuật toán?
Vì thuật toán chỉ xử lý được thứ đã có trong ảnh. Ánh sáng kém thì thông tin không tồn tại và không thuật toán nào phục hồi được.
Kỹ thuật chiếu sáng nào mạnh nhất cho đo kích thước?
Ngược sáng — đèn đặt phía sau vật, camera nhìn bóng đen của vật. Cho biên dạng cực kỳ rõ, lý tưởng cho đo kích thước và kiểm hình dáng.
Cách nào cho độ ổn định trong xưởng có cửa sổ?
Chiếu đèn đơn sắc và đặt kính lọc cùng bước sóng trước ống kính. Loại gần như hoàn toàn ánh sáng môi trường mà không phải che kín toàn bộ.
Nên giám sát gì để phát hiện đèn suy giảm?
Đo độ sáng trung bình của một vùng chuẩn trong mỗi ảnh. Xu hướng giảm là dấu hiệu đèn suy giảm hoặc bụi bám, cảnh báo trước khi hệ thống bắt đầu sai.
Đọc thêm trong Chip & bo điều khiển và Hộp số & truyền động.
