核心目标与光源作用

- 对比度是机器视觉成像的关键。好的照明应使需检测的特征与周围背景在灰度层次上有明显差异，便于后续特征提取。

- 亮度与信噪比直接影响图像质量。光源亮度不足会降低对比度，增加噪声风险，还可能迫使镜头打开更大光圈，导致景深减小与对随机光的敏感性上升。

- 鲁棒性要求光源对部件位置、姿态变化的敏感度尽量低。若光源在视场内任意位置或角度改变，图像应保持稳定，避免局部高亮导致的镜面反射干扰。

光源与反射的控制

- 在机器视觉中，反射控制是实现可观测图像的核心。要让光在被观测表面产生合适的反射，从而将有效信息带入镜头，需系统性地设计光源的入射角、强度与均匀性。VSport

- 入射与反射遵循几何规律，若能预测光在物体表面的反射过程，就能通过优化光源来实现理想的成像效果。不同材料的吸收与反射特性会改变亮度与颜色表现，因此需要针对具体对象进行匹配。

影响反射效果的关键因素

- 光源位置：光源的放置点决定了需要观察的特征与背景的反射差异，进而影响对比度。合适的位置使感兴趣区域的反射显著高于背景。

- 表面纹理：高度漫反射与高度镜面反射的表面对光的分布有不同要求。粗糙表面更易分散光线，亮度分布更均匀；光滑表面则易产生镜面反射，需要通过照明角度进行控制。

- 表面形状：几何形状越复杂，光线在表面的反射也越复杂。对于抛光镜面等曲面，通常需要从不同角度照射以均匀覆盖整个区域。

- 光源均匀性：不均匀的光会在视野内产生暗区与过亮区，导致表面反射不一致。稳定、均匀的光分布有助于抵消表面几何变化带来的差异。

光源技术的应用与六大常用模式

- 通用照明：常见为环形灯或点光源，便于安装在镜头附近，为漫反射表面提供充足照明。

- 背光照明：光源位于物体背后，能产生强对比度，适用于轮廓测量等场景，但可能丢失表面特征信息。

- 同轴照明：光源沿镜头轴方向入射，通过半透镜实现与镜头轴对齐的照明，适用于平面物体和有镜面特征的场景，能突出边缘与微小纹理的变化。

- 连续漫反射照明：以半球形均匀照明覆盖对象表面，显著降低阴影与镜面反射，适合对整体亮度和均匀性要求较高的应用（如组装好的电路板）。

- 暗域照明：从低角度照射，物体在视野内出现暗场或亮场的对比，常用于强调表面纹理的微小起伏或凹凸变化。

- 结构光：将具有几何形状的光投射到表面（如线、圆、格子等），通过变形来测量距离或表面形状，常用于三维重建与轮廓检测。

多轴照明与组合应用

- 许多场景需要组合多种照明方式以获得最佳对比度。通过在不同角度和位置叠加照明，可以让视野中的各类特征在不同条件下都能被充分表达。

选择光源的关键指标

- 光谱特征：光源的颜色与待检测对象的表面颜色共同决定进入镜头的能量与波长分布。若需要提取多色特征，颜色温度成为重要参数。不同光源的光色会影响颜色区分的难易程度。

- 效率与热量：高效光源在单位能耗下输出更多光，但也会带来热量问题。效率低的光源往往产生额外的热负担，影响稳定性与寿命。

- 使用寿命与稳定性：热区间对光源寿命有明显影响。LED等源通常具备较长的连续工作时间，光输出和光谱特性会随老化而变化，因此需要对长期稳定性进行评估与监控。

综合要点

- 设计优质照明时，应以提升对比度、确保充足且稳定的亮度、降低对部件位置变化的敏感度为目标。

- 需结合物体表面纹理、几何形状及材料吸收特性，选定最合适的照明技术与光源，并考虑多轴组合以覆盖复杂场景。

- 在选型阶段应关注光谱、亮度稳定性、能效与使用寿命等指标，以确保长期稳定的成像效果与维护成本的可控性。

以上要点可为实际项目中的照明设计提供系统化的思路与参考。