机器视觉：光源的类型以及主要参数

光源在机器视觉中起着决定性的作用，决定了视觉算法的复杂性，也决定了视觉系统的精度和稳定性。光源用于突出目标物体的特征，增加目标物体与背景的对比度，克服环境光线的干扰。光源的选择与打光方式在视觉系统的前期评估中非常重要。

一、光源的发光种类

工业应用上，常用的发光源有LED、卤素灯、荧光灯、激光等。LED光源寿命长，亮度高，响应速度快，稳定性好，价格低、可加工成多种形状，因此LED光源在机器视觉中被广泛使用。

各种光源的性能比较六边形如下所示：

二、打光方式

光源的打光方式包括正面打光、背面打光、正斜面打光。打光的最终效果是为了使光照均匀，目标特征与背景有一定的对比度。

1、正面打光

正面打光，就是光源在相机的正下方，目标物体在光源的正下方。正面打光的方式可以突出产品表面的特征细节，但是容易受表面特征因素干扰。

2、背面打光

背面打光，就是被测物体在相机的正下方，光源在被测物体的下方。背面打光的方式可以突出产品的外观轮廓，避免受表面杂质的影响，适用于检查产品的尺寸，以及基于轮廓做产品定位。

3、正斜面打光

正斜面打光，光源在相机的下方，目标物体在光源的下方，且光源与目标物体保持一定的角度。正斜面打光的方式适用于突出某一高度的特征检测。

三、光源的分类

按颜色分类

按颜色分类，有红色光源、绿色光源、蓝色光源、白色光源、红外光源、紫外光源。不同颜色的光源照射到同一物体上，将会产生不同的成像效果。

色环

色环是将可见光的彩色长条光谱序列首尾链接，即红色与紫色相连接，形成一个环形的彩色光谱。如下图所示。

相邻色：在色环上，30°的色彩称为相邻色，，如红、橙红、橙是相邻色。

互补色：在色环上，两种颜色之间的夹角为180°时，我们称之为互补色。

使用黑白相机时，当光源照射在具有相邻色的物体表面时，物体将会反射同种颜色色谱的光线，相机接收到对应光线后，物体表面会变亮。

当光源照射在具有互补色的表面时，物体表面会吸收光源，相机接收不到光线，物体表面会变暗。

按形状分类

按形状分类，光源可分为条形光源、环形光源、背光源、同轴光源、圆顶光源、AOI专用光源。

条形光源：条形光源是由高密度直插式的LED灯珠阵列组合而成的条状光源。光源的长度可设计成几厘米到几米之间。条形光源的安装角度比较自由。

条形光源还可分为普通条形光源，高均匀性条形光源，组合条形光源。高均匀条形光源是由高亮度、高均匀性、散射行好的高密度LED贴片而成，成像质量好，因此在机器视觉中广泛使用。

环形光源：环形光源是由多层环状的LED灯珠，呈圆锥状组合而成。环形光源发射的光按照一定角度倾斜照射在物体表面，以漫反射的形式将光线射入相机，照亮被测物体的特定区域。环形光源用于突出显示物体的边缘特征，以及由一定高度变化的特征。

环形光源根据LED灯珠发射光线与水平面的夹角不同，可分为低角度环形光，高角度环形光，0度环形光。

低角度环形光是指夹角小于45度的环形光源，安装角度较低，可照亮具有凹凸高度变化的的表面特征，使平滑表面变暗。

高角度光源是指夹角在45--90度之间的环形光源。高角度光源安装距离较大，可照亮表面平滑的特征。90度环形光源照射到光环表面时会形成镜面发射。

背光源

背光源是由高密度的LED贴片阵列组合而成的面光源，能使被测物体变暗，使背景变亮，突出被测物体外轮廓边缘。背光源的均匀性好、亮度高、光线柔和。适用于高精度尺寸测量、外轮廓定位、边缘缺陷检测等场合。

同轴光源

同轴光源主要由LED和分光片组成。LED发出的光以漫反射的形式照射到半透半反射的分光片上，再经过分光片反射到物体表面。物体表面接收到光线时，再反射光线到分光片上，射入相机中。因此当物体表面比较平整是，物体反射的光线才沿着一定的方向射入相机，将平整面照亮，但是表面凹凸不平的物体反射的光线不能以原来的方向射入反光片。因此同轴光源可以将具有一定高度的特征变暗，将平整的表面变亮。同轴光源亮度高，均匀性好，成像清晰度高。