目标与重要性

- 通过合适的照明实现被测物与背景的有效分离，获得高对比度和高质量的图像，尽量降低背景干扰，突出待测对象的特征。

- 照明直接影响处理精度与速度，良好的打光策略能降低后续算法开发的难度，提高系统鲁棒性。

理想光源的特征

- 亮度充足、分布均匀、输出稳定。选光源时需综合以下要点：

- 对比度：照明的根本目的在于提升缺陷与背景的对比度，使缺陷更加清晰，便于算法处理。

- 均匀性：不均匀照明会增加后续处理难度，容易出现镜面反射、耀斑等现象，导致漏检或误检。

- 亮度合理性：过亮容易淹没缺陷，过暗对比度不足，需结合具体对象进行调节。

- 稳定性：在一定时间范围内保持稳定的光输出，确保成像一致性。

- 成本与寿命：性价比高、寿命长，降低维护和更换成本。

常用光源类型及要点对比

- 机器视觉领域常用的光源包括高频荧光灯、卤素灯和LED光源。三者在色温、亮度响应、热管理、寿命和成本等方面各有特点，需结合应用场景综合评估。

LED光源的优势

- LED在机器视觉中的应用最广泛，具备以下核心优势：

- 形状自由度高，可组合成多种几何形状与尺寸，照射角度可按需求定制。

- 可控性强，支持多颜色选择和亮度调节，适应不同对象和场景。

- 散热性能良好，亮度稳定，理论寿命可达到数万小时，适合长时间连续使用。

- 快速响应，短时间内即可达到稳定亮度，适合高帧率或快速检测场景。

- 成本效益高，长期运营成本低于其他光源类型。

LED光源的颜色与光谱

- 常见颜色包括红、蓝、白、绿等，每种颜色对应不同的光谱特性，会影响CCD/CMOS传感器的响应。

- 颜色通常用HSV模型来描述：色相(Hue)表示颜色类别，饱和度(Saturation)表示颜色鲜艳程度，明亮度(Value)表示光的强弱。

- 在选取颜色时需结合被照物体的外形、状态、颜色及被照明区域，遵循颜色特性原理来确定合适的光色。

光学基础概念要点

- 反射：光在不同介质的分界处改变传播方向并可能返回原介质，常见现象为光的反射角等于入射角。

- 折射：光从一种介质进入另一种介质时方向偏折，折射率随介质差异而变化。

- 透射：部分光在透明或半透明材料表面被透射，透射率受材质、厚度及波长影响，波长越长通常透射性越强。

常见照明方式及效果

- 直射光：来自单一方向的光，能在明暗对比中产生清晰的边缘，适合强调轮廓VSport。

- 漫射光（扩散光）：多角度混合的光线，日常照明多采用该方式，能降低强烈阴影。

- 偏光：利用偏振片抑制特定方向的反射，帮助突出表面细节并减少镜面反射。

- 平行光：照明角度统一，发光角度越窄越接近平行光，常用于高对比度成像。

明场与暗场照明

- 明场照明通过直射或散射光进入相机，背景亮、缺陷较暗，适合检测散射与吸收型缺陷。

- 暗场照明通过散射光进入相机，背景暗、缺陷更易被识别，适合检测表面污渍、微凸起等散射特征。

- 在实际应用中，明域照明偏向于突出散射/吸收型缺陷；暗域照明更易揭示表面光滑工件上的散射缺陷。

背向与前向照明

- 背向照明将光源放在被测物后方，常用于勾勒轮廓、使不透明部分呈现黑色，未遮挡区域呈现高对比白区。

- 前向照明将光源置于被测物与相机之间，角度分为低角度（小于约25°）与高角度（约75°以上），适用于不同表面特征的增强。

辅助光学元件

- 偏振片：限制特定光波通过，降低反射干扰，提升表面细节可见性，通常安装在镜头前或光源侧。

- 防外乱光滤镜：抑制环境光对系统照明的干扰，确保成像稳定性。

- 漫射板：通过表面粗糙化处理实现光线更均匀的扩散，提升整场照明的一致性。

应用案例简述

- 案例一：饮料瓶肩部的条形照明应用，用直接光实现OCR识别的清晰轮廓。

- 案例二：硬币铸造表面的缺陷检测，结合不同照明方式以提升缺陷对比度。

注释

- 本文聚焦于光源在机器视觉中的作用与实现要点，强调通过科学的照明设计提升成像质量与检测稳定性。