机器视觉系统中，视觉光源在机器视觉系统中是核心成像基础，直接决定图像质量（对比度、清晰度、稳定性），进而影响后续算法对目标特征的提取与判断，是机器视觉能否“看清楚、判准确”的关键前提。 以下我们将全面从光源的参数、光源类型、应用以及打光的技巧等全面介绍：
一、光源的重要参数
光源的常见参数主要包括以下五个核心指标，涵盖光度、色温、显色性等关键特性：
光通量（Φ）
表示光源每秒发出的可见光总量，单位为流明（lm）2。它是衡量光源发光总量的基础参数。
光强（I）与光亮度（L）
光强：单位立体角内发射的光通量，单位为坎德拉（cd），反映光源在特定方向上的发光能力2。
光亮度：单位投影面积上的发光强度，单位为坎德拉每平方米（cd/m²），体现人眼对光源亮度的主观感受6。
照度（E）
单位面积接收的光通量，单位为勒克斯（lx）6。它描述了物体被照亮的程度，分为水平照度和垂直照度6。
色温（K）
表示光源颜色与黑体辐射温度的对应关系，单位为开尔文（K）1。色温越高，光偏蓝；色温越低，光偏红7。
显色指数（Ra）
反映光源对物体颜色的还原能力，数值越高（如Ra≥90），颜色还原越接近自然光。
其它光源选型的重要参数：
1.光谱特性：光源的波长范围（如红光620-660nm、蓝光440-480nm、白光），是决定“目标与背景能否有效区分”的关键。例如检测红色零件缺陷用绿光，可强化对比度；检测透明物体用蓝光，能减少光的穿透干扰。
2.亮度/光强：亮度（cd/㎡）或光强（cd）决定光照明暗程度，需与相机感光度匹配。过亮会导致图像过曝、丢失细节，过暗则画面模糊，通常需支持亮度可调以适配不同场景。
3.照射角度：光线出射的扩散范围（如小角度<30°、大角度>60°、45°斜射、180°背光），直接影响特征呈现方式。例如斜射光凸显表面划痕，背光勾勒物体轮廓，小角度光适合远距离照射。
4.均匀性：照射区域内的亮度一致性（通常要求>80%），是避免图像局部明暗不均、干扰缺陷识别的前提。例如检测平面印刷品时，低均匀性会产生“明暗斑”，导致字符误判。
5.频闪特性：分为“无频闪”（适合静态拍摄，保证画面稳定）和“可控频闪”（与相机快门同步，高频闪烁消除运动模糊，适配高速流水线动态检测），直接影响动态场景下的成像清晰度。
二 二，按应用区分常见的光源类型
1、环形光源
▼最常见的LED光源，提供基本的照明作用。
▼随着光源距离产品的工作距离LWD变化而产生的亮度分布如下图。暖色表示亮，冷色表示暗。同时该图示是针对特定一款大小的环形光源的数据（下同）。
2、条形光源
▼最常见的LED光源，可对长尺区域进行均匀照射。同时通过角度改变可以完成多种照明效果。
▼比如安装为斜向照射，以漫反射光进行拍摄、辨别，从而避免产生引起光晕的镜面反射光。此外，还可将 CCD 与照明呈相同角度倾斜，以获取镜面反射光，从而突显出刻印等的边缘成分。
▼单个条形光源直接照明的亮度分布。
▼凸显边缘的应用实例。
▼连接器行业，给产品的端子头部照明，可以获得很好的效果。
▼经过组合，还可以做成如下图的可以调整照射角度的照明搭配。
3、碗型光源
▼常见的LED光源，可以实现照明效果是均匀的无影光。
▼发光原理和亮度分布如下图。
▼应用实例
4、同轴光源
▼常见的LED光源，其突出特点是具备高对比度，在检测镜面、光泽面或希望以光泽差异进行辨别时非常有效。
▼照射原理如下图。
同轴光源从侧面将光线发射到半反射镜上，反射镜再将光线反射到工件上。镜面反射光可以返回到CCD，而工件表面如刻印伤痕等凹凸不平的部分产生的漫反射光则不能接受到。这样就使得工件的边缘点形成了对比度。而且，来自工件的光线越远，不能接受到的漫反射光就越多，形成更大的图像对比度和清晰度。
▼亮度分布如下
▼应用实例
5、低角度光源
▼和同轴光源的平行照射的理念正好相反，通过从小角度或几乎平行的角度照射LED，可仅突出边缘，轮廓或者表面的缺陷划伤。
▼低角度光源在很小的角度上将光线直接照射到工件上。通常检测工件的边缘或表面上的瑕疵对于标准的直接照明都很困难。由于光的方向几乎与表面平行，表面高度的任何变化都会改变到CCD 的光路，从而突出变化。
▼应用实例
6、点光源
▼最大特点是节省空间，同时可以实现小范围高亮度照明。
▼此外，可以与C接口长焦镜头配合使用，在没有空间安装的地方，实现远距离照明
▼同时，如果和远心镜头配合，还可以作为平行光源使用
7、多角度光源
▼更加柔和的照明，以及放在不同高度可以实现不同的效果
▼应用实例
8、背光光源
▼以上介绍的所有通用照明的相同点是：光源位于相机和工件之间，使用正面打光，通过获取工件表面的反光而获得工件的表面信息。
背光源与众不同的地方是下，使用时工件位于背光和镜头之间，通过工件阻挡光线通过，获取工件的轮廓信息。
▼背光光源通常情况下的安装图。偶尔也会有作正面均匀的用途
▼应用实例
以上介绍的即为常用的LED光源标准品类型。当然对于特殊的应用，也有很多种尺寸和形状的定制光源，有配合线扫描相机的线性光源，配合2.5D相机的多方向发光光源，配合贴片检测的多色AOI光源等等。市面上专业的光源供应商有日本的CCS，国内的V-light，OPT，CST等。
三、按发光原理区分常见的光源类型
光源的类型从发光原理上区分，常用光源的类型以及不同光源的特点如下：
1、白炽灯
原理：灯丝中传输电流产生光色温：3000K~3400K优点：亮度高，产生连续光谱以及工作电压低等缺点：发热严重，寿命短，不能用作闪光灯，随着老化亮度下降。
2、氙气灯
原理：氙气被电离产生光色温：5500K~12000K优点：亮度高，可做闪光灯缺点：供电复杂昂贵，几百万次闪光后出现老化
3、荧光灯
原理：电流激发水银蒸汽产生紫外辐射，紫外辐射使得管壁磷盐涂层发荧光色温：3000K~6000K优点：价格便宜，照明面积大缺点：寿命短，老化快，光谱不均匀，不能用作闪光灯
4、发光二极管(LED)
原理：电流激发半导体发光色温：类似单色光优点：寿命长，可做闪光灯，直流供电，亮度可控，功耗小，发热低缺点：性能与环境温度有关
以上四种光源为图像处理常用的光源，那么我们该如何选择光源呢？要想知道如何选择光源，除了根据项目的应用场景，光源的优缺点，我们还得考虑光源与被测物体间的相互作用，根据不同的被测物体，选择具体的光源。
四、光与被测物间的相互作用
彩虹是雨滴散射太阳光的神奇现象，海市蜃楼是光影反射成像的胜景，那些穿过物体的折射和反射，充满了斑驳投影的神秘，光到底是什么，光与物质到底怎么作用？
光在传播过程中与媒质相互作用而使光的性质发生了某些变化，此时光作为信息的载体分别反映了物质对光的吸收，散射和反射等能力，而吸收、散射、反射等现象正式光和物质相互作用的结果。
光与被测物体间的相互作用有多种方式，如下图：
落到物体的光用黑箭头来表示，其中：
1、镜面反射，不多解释，入射光和反射光在同一平面，并且与法线夹角相等。
2、漫反射，由被测物表面的粗糙程度等微粒结构决定
3、定向透射，光线定向透过物体，由内部和表面结构决定
4、漫透射，光线类似漫反射式的穿透物体。
5、背反射，在两个透明介质分界面上产生的反射
6、物体吸收，物体本身吸收部分能量
除了镜面反射外，上述的各个物理量均取决于投射到物体的光的波长，不透明物体特有的颜色就是由与波长相关的漫反射及吸收决定的。而透明物体的颜色是与波长相关的投射决定的。基本上光线与物体之间的相互作用分为以上六种。
但是实际的物体要比上述简单模型复杂的多。比如有的物体是由几层不同的材料组成的，表层对于一定波长的光透明，而反射其他波长的光，下一层又可能反射部分从上一层透过的光，因此，为实物找一个合适的光源通常需要大量的实验。
五、如何利用照明的方向
在照明系统的设计中，需要根据被测物体的大小来确定镜头的视场。然后，根据镜头视野的大小，确定好的照明系统。在系统的设计中，需要充分了解透镜到工件的距离和照明系统到工件的距离，从而确定光源到工件的距离。照明的选择取决于工件表面的形状、平整度和光洁度。好的照明颜色(红、蓝、绿、白)可以根据检测工作或检测区域的颜色来确定。一般情况下，照明系统应针对确定的成像物镜进行设计。
在介绍常见的照明组合之前，先介绍几个概念：
正面照明：相机和光源在物体的一侧
背光照明：相机和光源在物体的两侧
明场照明：大部分的光反射到相机里
暗场照明：大部分的光没有反射到相机
上面的划分标准基本相互独立，因此常见的照明方式有以下几种组合：
明场漫射正面照明
应用：常用于防止产生阴影，并减少或防止镜面反射，也可以用于透过被测物体的透明包装等构造：
上图a为前端安装了漫射扳的LED平板或环形光，b为在光源前安有漫射扳和45°半透半反镜的同轴漫射光，c为安装有漫射扳的半球光源，d光源是LED环形光，由半球表面作为漫射扳的半球照明。
直接明场正面照明
应用：常用于使空洞或感兴趣区域产生阴影以及会产生镜面反射的物体的图像构造：
上图a为聚焦的环形光，b为含45°角的半透半反镜的同轴远平行照明.
直接暗场正面照明
应用：易于突出被测物的缺口及凸起，常用于划痕，纹理或雕刻文字等物体的成像构造：
通常有LED环形光构成。
明场漫射背光照明
应用：常用于得到不透明物体的轮廓构造：
上图a为明场漫射背光照明，这种照明通常有光源前装有漫射扳的LED平板灯或荧光灯组成；b对于厚度较大的被测物，其在摄像机一侧的部分可能产生反射。
明场平行背光照明应用：
应用：会是被测物轮廓非常锐利，配合远心镜头使用，适合测量应用。构造：
照明的目的是增强对比。工业相机中设计光源照明需要先确定区域之间的差异，然后使用光源来突出这些差异。
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