1.概述

        确保视觉系统正常取像获得足够光信息而提供照明的装置。机器视觉中的光源起到的作用有：提高亮度、对比度；增加均匀性；消隐背景；增加一致性；克服干扰。

        通过恰当的光源照明设计，可以使图像中的目标信息与背景信息得到最佳分离，这样不仅大大降低图像处理的算法难度，同时提高系统的精度和可靠性。

2.工作原理/过程

        机器视觉中照明的目的是使被测物的重要特征显现，而抑制不需要的特征。为达到次目的，需要考虑光与被测物间的相互作用（镜面反射、漫反射、定向透射、漫透射、背反射、吸收等）。

        可以用单色光照射彩色物体以增强被测物相应特征的对比度。

        可以用照明角度增强被测物某些特征。

3.分类与区别

4.常见照明方式

4.1 低角度直射光（暗场）

        1）结构：光线从侧面以很低的角度打向待测物体，平面的部分因为反光形成暗场，而不平整的部分，光的反射杂乱会进入相机，形成亮区域。

        2）应用：对表面部分有突起的部分的照明或表面纹理变化的照明。

        3）光源：条形光、线形光、低角度环形光。

4.2 高角度直射光（明场）

        1）结构：光线从正上方打向待测物体，平面的部分会反光形成明场，而高低起伏的部分，光会发散，进不了相机，形成暗区域。

        2）应用：多用于细节的观察和表面高低不平的伤缺、划痕。

        3）光源：高角度环形光、条形光、同轴光、点光。

4.3 背光

        1） 结构：背光源置于待测工件正下方，摄像系统垂直于工件和光源进行拍照。

        2）应用：存在性检测、边缘检测、定位、尺寸测量。

        3）光源：平行背光、漫反射背光

4.4 漫射无影光

        1）结构：大部分为二次光源，二次光线从各个方向均匀的照射到待测物体上，使得层次复杂的物体能够获得均匀的照明，可以达到170立体角范围的均匀照明。

        2）应用：物体表面的反射性或者表面有复杂的角度。

        3）光源：环积分光源、拱形光源

4.5 同轴光

        1）结构：类似于平型光的应用，光源前面带漫反射板，形成二次光源，光线主要趋于平行。

        2）应用：检测平坦的、光滑的表面较深的特征或反射度极高的物体

5.光源颜色

5.1 相关概念

        1）三原色：红、绿、蓝。世界上所有颜色都是由三原色按不同比例组合而成。

        2）相同色：两种颜色的含有完全相同的基色成分。

        3）相近色：两种颜色的组合成分有差异但差异不大。

        4）对比色：两种颜色没有任何共同成分。

        5）互补色：两种颜色以适当比例混合生成白光。

5.2 颜色的合成

5.3 规律

        1）使用与物体本色相邻色或相同色照射：物体在图像亮度会相对较高。

        2）使用与物体本色对比色照射：物体在图像亮度会相对较低。

        3）白色材料无论在什么光照下，都成明显的白色。

        4）黑色材料无论在什么光照下，都成明显的黑色。

        5）红外光源有很强的穿透性，能穿透较薄的塑料、液体和纺织物。但无法穿透金属物体。常用于金属物体探测。

        6）紫外光源有很好的荧光效应和散射效应。但波长较短的紫外光对人体会有伤害，因此在食品行业和某些特殊应用场合。

        7）红色、绿色、蓝色等单色光源频谱单一，是常用颜色。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。

        8）彩色成像，通常考虑使用白色光源。

6.其他配件

6.1 光源控制器

        光源控制器可以控制光源的亮度，实现高速频闪的功能，保证照明的稳定性及延长光源的寿命。分为模拟控制和数字控制。

6.2 滤光片

        滤光片是塑料或玻璃片再加入特种染料做成的，红色滤光片只能让红光通过，如此类推。比如一束白光通过蓝色滤光片，射出的是一束蓝光，而绿光、红光极少，大多数被滤光片吸收了。滤光片的一个共性，就是没有任何滤光片能让目标的成像变的更明亮，因为所有的滤光片都会吸收某些波长，从而使物体变得更暗。

6.3 偏振片

        可以使天然光变成偏振光的光学元件叫偏振片(polarizer)。偏振片对入射光具有遮蔽和透过的功能，可使纵向光或横向光一种透过，一种遮蔽。它是由偏振膜、内保护膜、压敏胶层及外保护膜层压而成的复合材料。

6.4 漫射板

        直射的光源经漫射板后，可以变成漫射的光源从而提供更佳的漫射效果，获得均匀而稳定的漫射光照射区域。

 

7.光源选型

7.1 根据打光的基本原理，设计合适的照射角度、距离

        1）低角度直射光：表面部分有突起或表面有纹理变化的照明。（条形光、线形光、低角度环形光）

        2）高角度直射光：细节观察和表面高低不平的伤缺、划痕的照明。（高角度环形光、条形光、同轴光、点光）

        3）背光：边缘检测、定位、尺寸测量、存在性检测、薄片边缘检测、透明体表面和内部异物/脏污检测。

        4）漫射无影光：物体表面的反射性或者曲面检测。（环积分光源、拱形光源）

        5）同轴光：检测平坦的、光滑的表面较深的特征，消除阴影。

7.2 根据产品颜色选择光源颜色

        参考5.3

7.3 其他

        1）线阵相机中需要亮度集中的条形光照明。

        2）精密尺寸测量中与远心镜头配合使用的平行光照明技术。

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