一套视觉检测系统通常由图像采集模块和图像处理模块组成，其中图像采集模块以工业相机、镜头和光源为核心。光源是决定图像质量的关键因素，其作用包括：提高目标亮度、形成利于处理的成像效果、抑制环境光干扰以提升稳定性，以及作为测量参照物。

照明系统是机器视觉中极为重要的组成部分。由于缺少统一的通用照明设备，需要针对具体应用场景设计合适的照明方案，以实现最佳图像处理效果。

色彩与色环基础

- 三原色为红、绿、蓝，构成色光的基色。通过加色原理可混出所有可见颜色。

- 不同波长的光对应不同颜色，波长决定颜色特征。

- 为方便应用，可将可见光颜色在圆环上连接，形成色环。相近色彼此接近，互补色在圆环对称处，距离较远的颜色属于对比色。

- 在实际照明中，使用与物体本色相近或相同的颜色照射，物体在图像中的亮度通常较高；使用对比色光照则可能使物体看起来更暗。

常用光源与特点

- 常用光源有荧光灯、卤素灯和LED。卤素灯适用于高亮度场景，荧光灯色彩再现性好，广泛用于色彩检测。LED灯发展迅速，寿命长、亮度稳定、可形成多种光谱与形状，且具备低功耗和可控性，逐渐成为主流。

- LED光源通常分为正面照明和背面照明两大类：

- 正面照明用于检测物体表面特征，常见形状包括环形、条形、同轴和方形光源。环形光源使用广泛，分直接照射、漫反射和 Dome 等类型。

- 背面照明用于提取物体轮廓或检测透明材料内部的不透明部分。

照明角度与成像效果

- 照明角度不同，成像效果也不同。常见角度有垂直、带角度、低角度和水平照射。

- 明视野照明（垂直/带角度）使被测物体表面反射光进入摄像头，背景多呈白色，适合检测表面特征。

- 暗视野照明（低角度/水平）让大部分反射光无法进入摄像头，背景多呈黑色，突出边缘、凹凸和缺陷，如金属划痕等。

- 高角度照明强调表面信息，适合表面光滑区域的纹理、裂纹和颜色分布的识别；低角度照明更擅长轮廓和边缘的提取。

- 同轴光源在灯与相机光轴同向时，能有效消除由表面不平整引起的阴影，适用于高反射表面（如金属、屏幕等）及由反射、吸收差异构成的目标。

环形光与条形光的应用要点

- 环形光提供多角度、同色温的照明组合，便于获得三维信息和均匀亮度。高角度照明更能分离高光区与低光区，便于表面缺陷的检测；低角度照明更利于轮廓和边缘的识别。

- 条形光源体积小、发光强度高，常用于镜头同轴照明，便于与远心镜头配合使用。条形光的角度可调，安装灵活，适合大面积或线性特征的检测。

- 同轴照明通过专用光路实现与相机光轴一致的照射，能显著减少因表面不平整带来的干扰，广泛用于高反射材料与复杂表面的缺陷检测。

背光与轮廓检测

- 背光照明由物体背後给予均匀视野光，常用于提取外形轮廓、检测透明物内部结构等场景。

- 背光在形状轮廓与内部结构分析中具有独特优势，常用于需要清晰轮廓的检测任务。

颜色过滤、紫外与偏振应用

- 颜色过滤与穿透力强的光源可增强对比度，提升特定材料或涂层的检测能力。

- 紫外光在荧光检测、涂胶、油污和微粒检测等方面具有重要作用，需结合合适的探测方式与过滤系统。

- 偏振片可改善高质量采图，在某些场景显著提升图像质量。偏振光原理通过控制光的振动方向来减少反射与眩光，提高对比度与细节。

多角度多层次照明与焊锡检测

- 通过分布在不同方向的光源组合，可以获得更加均匀的照明效果，降低阴影影响，提升检测稳定性。

- 在焊锡检测中，利用不同曲率部位对固定角度照射光的反射强度差异，生成二维彩色图像，与良品样本对比以判定焊点质量。

环境干扰与抑制策略

- 关停或遮挡环境照明（如车间顶灯、钠灯、日光灯等）可显著降低干扰。

- 设计遮罩或防护罩以减小环境光影响，尽管成本和体积较大。

- 使用灯光频闪与提高光源亮度来掩盖环境光，但需增加系统成本和控制复杂性。

- 通过滤光片限制进入相机的光谱范围，选择窄带光源以降低环境光干扰。

滤光片与现场测试流程

- 没有万能光源，需选取最适合的组合。实施要点包括：

1) 明确检测目标与样本类型，确保覆盖多类良品及常见问题样本，尤其要包含难以检测的案例。

2) 分析目标与背景的差异，确定在光学层面的关键差异点及相机、光源、被测物的空间关系。

3) 根据目标与光源的配合关系，初步确定光源类型与光照方式。

4) 保留多种测试光源，覆盖常见颜色及不同结构，进行实际打光验证。

5) 根据具体应用场景，定制合适的照明方案。

现场条件与工作流程要点

- 前景亮度不足时，首先判断前景颜色并选择与其相近的光源进行测试。

- 评估相机、镜头与光源的三维工作范围及覆盖面积。VSport

- 如果图像整体亮度不足，可将光源靠近对象、采用频闪或调整光谱波长。

- 确认相机与光源的工作距离及视场范围，确保覆盖目标区域。

- 若图像亮度不均匀，应检查光源是否水平安装；是否存在环境光干扰。

- 场景亮度过高导致图像泛白时，应降低光源亮度或收缩镜头光圈。

- 了解被测物的特征区域与背景差异、样品是否固定或移动、移动速度、期望的频闪及工作周期等，以便规划光源与控制策略。