[硬件选型] 光源及照明方式的选择「建议收藏」

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文章预览：

一、机器视觉中光源的作用

在实际项目中，图像实际成像的效果跟光照条件有密切的关系。毫不夸张的说，选择合适的光源在视觉项目中比重会占到50%，因为良好的光照条件能够取得良好的成像效果，从而达到增强图像对比度，降低识别的难度的目的。在一幅机器视觉的图像中，对比度代表着图像信号的质量，它反应了两个区域间的差别，比如物体和背景的差别。因此，设计光源照明的第一步是确定区域间的不同，通过合适的光源设计可以使图像中的目标信息与背景信息最佳分离。

一般情况下，如果使用黑白相机，又对被测物体的颜色选择没有特殊的要求，红色是比较合适的选择。因为红色LED寿命长、稳定、价格低廉，更重要的是红色LED的波长更接近传感器的灵敏度峰值，而通常的CCD对紫色、蓝色的光敏感程度没有红光强。如果进行彩色成像，则通常考虑使用白色光源。

此外，选择最佳的光源方案，还需要综合考虑光源的强度、偏振、均匀度、方向、大小、形状、漫射光、平行光、背景、颜色、色温、工作距离、角度、物体大小、发光器件等。对于每种不同材质特征的被检测物品，机器视觉工程师通常需要选择不同的照明方式，才能得到理想的产品图像特征，甚至有是有需要不断的研究探讨，选择多种光源组合的方式来达到检测要求。下面介绍一下照明方式和光源的选择及应用：

二、常用的视觉光源及照明方式

1、环形光

环形光能提供不同的照射角度，不同的颜色组合，更加突显物体的三维信息，解决对角照射阴影的问题。可选配漫射板导光，光线均匀扩散。对应的照明技术为环形照明。环灯是一种常用的通用照明方式，其很容易安装在镜头上，可给漫反射表面提供足够的照明。

环形光源进一步细分还有环形无影光源，这一类光源相较于普通的环形光源而言，在光源上添加一层特制的漫射板，使光线更加柔和均匀。

应用领域：

PCB基板检测
IC元件检测
显微镜照明
塑胶容器检测
集成电路印字检测等。

2、背光源（BackLight）

背光照明是将光源放置在相对于摄像头的物体的背面。这种照明方式与别的照明方式有很大不同因为图像分析的不是发水光而是入射光。背光照明产生了很强的对比度。应用背光技术时候，物体表面特征可能会丢失。例如，可以应用背光技术测量硬币的直径，但是却无法判断硬币的正反面。
应用领域：

机械零件尺寸的测量
电子元件、IC的外观检测
胶片污点检测、透明物体的刮痕检测等

3、同轴光

同轴光源可以消除物体表面的不平整引起的阴影，从而减少干扰，还可以消除反光，提高成像清晰度，使光均匀照射物体表面。同轴照明技术对于实现扁平物体且有镜面特征的表面的均匀照明很有用。此外此技术还可以实现使表面角度变化部分高亮，因为不垂直于摄像头镜头的表面反射的光不会进入镜头，从而造成表面较暗。

正常情况下，同轴的发光面基本上要是视野的1.5倍到2倍，这个才是合适的范围。如果说小于这个范围，可能拍照的那个边缘的均匀性就不好，甚至甚至可能直接影响整体的一个均匀性。

应用领域：

最适宜于反射程度高的物体检测，如金属，玻璃，胶片，晶片等表面的刮伤、破损检测；
MARK点定位；
包装条码识别。

4、非同轴漫射光（RID球积分光源）

具有积分效果的半球面内壁，均匀反射从底部360度发射出的光线，使得整个图像的照度十分均匀。

应用领域：

适合于曲面、凹凸面、弧形面的表面检测；
金属、玻璃表面反光较强的物体的表面检测；

示例1：喷锡PCB板检测

示例2：

5、条形光源

条形光源是较大方形被测物的首选，照射角度与安装随意可调。

应用领域：

金属表面检测
图像扫描
表面裂缝检测
LCD面板检测等

示例：电池盖子字符检测

6、LIM条形光

7、偏振光（防反射）

光矢量的振动方向和大小有规则地变化的光。在镜头前加上偏振片可以使光线改变传播方向，用于减少眩光或者镜面反射，提高成像后图像对比度。

示例

8、紫外光

利用紫外光照射到如墨水、标签、胶水等物体上会发出荧光的特性，配合滤镜，可以得到需要部分的物体形状（荧光部分），过滤掉不需要物体部分的反射的紫外光。

示例：

9、互补光** (利用互补光过滤背景)

什么是互补色？

互补色是色环中正好相对的颜色，也称为对比色。在光照环境中，使用与物体本色相邻或相同的颜色照射，物体在图像中的亮度会相对比较高；使用互补色光线照射物体时，物体呈现的颜色接近黑色（因为将互补光都吸收了，所以显示的是黑色）。如果希望更鲜明的突出某些颜色，则选择对比色是最佳选择（因为使用目标物背景色的互补光照射，成像时，背景就会变成黑色，从而更加凸显目标的轮廓）。即，我们拍摄物体时，如果要将某种颜色打成白色，那么就得使用与此颜色相同或相似的光源（光的波长一样或接近），而如果要打成黑色，则需要选择与目标颜色波长差较大的光源。

例如:红色的互补色浅蓝色，如果使用红光照射红色物体，红色物体会出现高反，从而变亮。而用其互补色的浅蓝色光照射红色物体，红色物体会变暗。

应用领域：突出某些颜色区域