一幅理想的图像应具备以下要点

- 对比度：目标与背景边界清晰，目标与背景的灰度差应明显，通常至少相差约30。

- 均匀性：整体亮度应均匀，或虽有不均但不影响后续处理。

- 真实性：颜色真实、亮度适中不过曝，像素分布满足检测要求。

- 干扰性：尽量减少背景干扰。

光源在机器视觉中对图像质量影响显著，直接决定输入数据的质量。由于没有统一的通用照明设备，通常需要针对具体场景设计合适的照明方案。常用的视觉光源及其特点包括：

01 LED灯

- 寿命：约3万至10万小时

- 优点：可实现多点高亮度、灵活组合成不同形状，响应速度快，波长可选以适配不同用途

- 缺点：对环境光与色温敏感，需考虑光谱与成像的匹配

02 光纤卤素灯

- 寿命：约1000小时左右

- 优点：亮度高

- 缺点：响应速度较慢，亮度与色温稳定性有限

03 氙灯

- 寿命：约1000小时左右

- 优点：亮度高，色温接近日光

- 缺点：响应慢、发热量大、工作电流大、寿命短、供电要求高、易碎

04 荧光灯

- 寿命：约1500-3000小时

- 优点：扩散性好，适合大面积均匀照射

- 缺点：响应慢、亮度偏低

各种视觉打光方式

1. 漫射背光

- 结构与应用：漫射背光置于待测工件正下方，摄像系统垂直对工件与光源拍照。适用于存在性检测、计数、薄片边缘检测、透明体表面与内部不透明异物、透明/半透明变形缺陷、镂空打标等。

- 优点：结构简单、成本较低，边缘稳定，图像一般为黑白两区，便于处理。

- 缺点：在线检测中的适用性有限；多层叠加的不透明体易相互干扰；对有倒角、圆角或圆柱体的测量，边缘可能发虚，若精度要求高，可靠性偏低。

- 应用技巧：光源面积适中即可，面积过大会影响边缘效果；光源距离工件略远有助于改善效果；配合远心镜头可提升稳定性；图像亮度避免过曝，最亮区灰度不宜超过220。

2. 平行背光

- 结构与应用：背光源置于待测工件正下方，摄像系统垂直对工件和光源拍照。适用于因边缘形状导致不适合漫射背光的精确边缘检测、定位与尺寸测量等。

- 优点：光线平行性好，图像边缘清晰、测量精度高、稳定性强。

- 缺点：光源结构较复杂，成本高且需要配套硬件（如远心镜头），安装与调试要求高。

- 应用技巧：光源与镜头需同轴对准；对准后需稳固固定，避免振动或外力长期导致偏移。

漫射背光与平行背光在实际应用中的对比

漫射背光的侧部光线可能通过反射进入镜头，导致成像发虚、过渡像素增多，影响高精度测量。与之相比，平行背光在整张图像中光线方向统一，边缘更锐利，像素分布更稳定。若结合远心镜头使用，可进一步提高成像稳定性与精度，并降低环境杂散光干扰。

3. 低角度直射光

- 结构与应用：低角度照射，平整部位反光难以进入镜头，图像整体偏暗；不平整部位反光进入镜头，图像偏亮。适用于表面划伤、打标字符、表面异物、边缘尺寸、定位、倒角、冲压/铸造字符等检测与识别。

- 优点：安装便捷、效果稳定。

- 缺点：对透明物质、边缘起毛的效果不明显，有时需要光源位于一定高度以上，影响效果。

- 常用光源：条形光、线形光、低角度环形光等。

- 应用效果：暗场照明可显示边缘倒角的45~60°坡度信息，表面杂乱的痕迹也能显示。

4. 高角度直射光

- 结构与应用：高角度照射，表面平整区域反光进入镜头较多，亮度较高；不平整部位反光杂乱、部分光线无法进入镜头，图像亮度较低。适用于表面细微划伤、打标字符、表面异物、边缘尺寸、定位、冲压、铸造字符等检测。

- 优点：效果明显、细节清晰。

- 缺点：均匀性调节较难。

- 常用光源：高角度环形光、条形光、面光源、同轴光、点光。

- 应用效果：明场照明使表面平整区域轮廓清晰，复杂纹理与粗糙区域有明显对比。

5. 折射光应用

- 结构与应用：光源在待检物体下方或侧方，直射光经平整表面入射后在另一侧射出。平整区域透射光沿入射方向射出，不平整区域透射光依照折射规律偏离入射方向。镜头主轴垂直工件，平整部分呈明亮背景、不平整部分呈亮特征的相反现象VSport。

- 优点：效果明显、细节清晰、稳定性好。

- 缺点：安装与结构配置有时较不便。

- 常用光源：面光源、点阵光源、带透明图层的面光源等。

6. 散射光应用

- 结构与应用：直射光单侧照射，在微观粗糙结构处发生散射，未发生散射的区域为暗；发生散射的区域较亮。适用于透明物体的细微划伤检测、表面激光雕刻字符识别、透明薄膜边缘定位等。

- 优点：效果明显、细节清晰。

- 难点：有些场景需要较短波长的光源以提高透射性能与检测距离。

- 常用光源：线形光、条形光、点光等；部分场景需定制光源。

- 颜色过滤与增强：利用与物体表面自然色相接近或相同颜色的光照射，提升反射率并过滤背景干扰；对比色照射则反射率较低，从而实现增强图像效果与背景抑制的目的。

如何选择与设计视觉光源照明方案

1. 基本思路

光照射到物体表面后，会引发镜面反射、漫反射、表面散射、折射、背散射、透射、背反射、色散等现象，以及部分能量被吸收。物体的形状、微观结构、颜色和化学成分决定了这些现象的具体表现。不同表面对光的反应差异很大：例如高反射的镀膜镜面主要发生镜面反射；玻璃在接近垂直的入射下几乎完全透射；黑色粗糙表面几乎不反射也不透射，光能被大量吸收。光源的发光方式与照射方式也会影响成像效果，漫射光可消除表面不平整带来的差异，而平行光更能突出表面不平整的特征。因此，为达到预期效果，需要选择合适的光源与恰当的照射方式。

2. 选光源的一般流程

- 明确项目需求，确定需要检测或测量的目标；

- 分析目标与背景的差异，找出成像差异最大的光学现象；

- 根据光源与目标的匹配关系，初步确定光源的发光类型与颜色；

- 进行实际光源测试，验证并确定最合适的打光方案；

- 根据具体应用场景，确定最合适的照明方案与设备组合。

以上内容为对视觉照明方案设计的综合要点与实践要点。