机器视觉中的光源
如何找到合适的光源
在规划阶段，视觉系统的光源问题往往容易被忽视。然而，它对成像质量和系统效率至关重要。如果光源选择不当，可能会导致反射以及图像中某些区域曝光不足或过度曝光。了解哪种光源最适合您的系统，以及在选择时应关注哪些要点。
最后更新： 2023/05/09
阅读时间：约 15 分钟
适用于机器视觉的光源技术
不同的光源技术会在物体上产生截然不同的图像表现，从而凸显不同的表面特征和特性。因此，可以采用不同的光源技术来处理各种检测任务。
前灯照明
相机与光源位于被测物体的同一侧，使光线经物体表面反射后进入相机。这种技术特别适用于哑光、低反射率的表面。对于高反射率的表面，则需要使用额外的漫射膜或专门设计的漫射光源方式。
透射光照明
物体置于相机与光源之间，且光源正对相机。光线穿过物体，导致物体部分或完全阻挡进入相机的光线，因此只能看到物体的轮廓。适用于在检测和测量任务中精准确定尺寸、物体轮廓、凹槽或装载水平。
暗场光源
将光线以较小角度照射到物体上，使得只有与相机成特定角度的区域会反射光线。因此，图像的大部分区域保持黑暗，而边缘、划痕、刻痕及其他表面缺陷则因明亮的反射而清晰可见。该技术显著提高了图像的对比度，并使缺陷更加明显。
机器视觉中的光源类型
选择合适的光源是确保检测任务有效发挥作用的关键：检测裂纹所用的光源与区分颜色所用的光源并不同。LED光源是工业图像处理中最常用的光源，它比卤素灯或荧光灯管更便宜、更高效。
条形光源
光线来自一条细长的条形光源，可均匀照亮被检物体。该光源针对大多数检测任务进行优化，例如检测细长工件以及突出显示物体边缘。此外，条形光源还可用于仅照亮物体的特定部位。通过组合多条条形光源，可从不同侧面照亮物体。条形光源可灵活调整与物体之间的夹角，因此也可用于暗场应用。
背光源
这种光源技术从后方均匀地照亮物体，用于突出特征轮廓或筛选物体，但有关表面纹理的所有信息都会丢失。它可以识别并凸显孔洞、气泡或划痕等。背光源也是标签和印刷纸质量控制中的重要标准。
水平环形光源
与标准环形光源不同，水平环形光源是从侧面（而非正面）直接照射物体，让光线反射进入相机，尤其是在边缘区域，能够清晰凸显对比度，使划痕清晰可见。暗场照明对于窗户或薄膜等透明物体尤为重要，因为侧置光源可以防止产生阴影或反射。
光源亮度
光源的亮度对于可靠的图像采集至关重要：光线过弱会导致图像噪声过多或过暗；光线过强则会导致细节曝光过度，造成信息丢失。理想亮度可确保被检物具有高对比度和均匀光照，这是视觉系统中获得稳定且可重复测量结果的基础。
光线不足
光线不足会导致图像昏暗、噪声多，难以辨别细微细节。轮廓和结构会变得模糊，甚至完全消失。图像分析的可靠性降低，导致检测中的错误率随之增加。
光线太强
光线过强会造成曝光过度，导致重要细节和信息丢失。亮部区域显得平淡，而反光则会进一步降低成像质量。由此导致误判的风险也会增加。
在机器视觉中将光线用于质量保证
您可以在图像处理中利用更多光特性。根据波长和材料的不同，光会被折射、吸收、透射或反射。选择合适的波长（或光的颜色）是获得出色成像效果的关键。
通过彩色光线实现所需的对比度
光的颜色控制着对比度，因此它决定物体表面的呈现效果。互补色看起来较暗，而相近色则显得更亮。白光适合用于彩色相机实现自然的色彩再现，而蓝光或红光则可用于黑白相机，以凸显或隐藏细节。
不可见光波长：红外光
人眼可以看到400 - 700 nm范围内的光，每个波长对应不同的感知颜色。使用超出可见光谱以外的光线则可以揭示人眼原本不可见的特征：例如，使用SWIR相机和光源技术，红外光(IR)能够出色地检测出水果上的压痕。 SWIR光源
不可见波长：紫外线
紫外线(UV)的波长低于400 nm，利用UV相机和光源技术，并依据荧光或反射率的变化就能够揭示隐藏的细节，例如防伪特征、胶痕或发丝状裂纹。 UV光源 可高效且可靠地识别此类结构。
定向光线调控
通过对光线进行有针对性的调控，可以显现表面结构、控制反射现象并增强对比度。通过采用适当的光源策略，可将光线精确地调整以适应检测任务，提高质量保证过程中的可靠性与可重复性。
漫射光源
漫射光源能将光线均匀分布于被检物体表面，尽可能减少干扰性阴影和反射。这对于光亮、有纹理或不平整的表面尤为有效，可使细节清晰可见。但这些细节在定向光源下往往难以辨识。典型的应用包括塑料零件、印刷电路板或金属表面的检测。通常使用漫射板、半球光源或专用面板灯来实现这种效果。
偏振光源
偏振光源通过在光源和相机上均使用偏振滤光片，专门减少或突出不需要的反射。这能显著减少玻璃、塑料或涂漆表面等非金属表面的反射（在金属表面上的反射通常相对有限）。这有助于更好地检测划痕、裂纹或其他表面缺陷，并提高图像对比度，确保评估的可靠性。
协调您的光源
光源只是视觉系统的一个组成部分。然而，光源技术的选择对成像质量起着决定性的作用：光源的质量无法通过其他组件来弥补。因此，在构建视觉系统时，您应该深入探讨光源这一主题。
如何选择光源
首先需明确待检测的物体特征，同时还需考虑物体的各项属性。它是由什么材料制成的？反射或吸收特性、环境光照条件和工作距离都会影响光源方案的选择。
根据这些因素，您就可以准确地确定哪种光源适合您的项目。如需获得更多支持，我们的光源选型助手可为您提供个性化的产品推荐，指导您分步骤选出协调匹配的光源。
我们的光源产品
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有关合适光源的常见问题
如果目标是实现尽可能自然的色彩重现，可以使用白光。彩色光（如蓝光、红光或红外光）通常与黑白相机配合使用，利用对比度的差异来使特定的特征更加清晰可见。
红外光能够揭示人眼无法看到的特征，特别适合在可见光会造成干扰的工作场所使用。
使用不同的光源颜色会导致测试物体上的某些颜色显得更浅或更深。例如，蓝光会使蓝色和白色区域显得更突出，而红色和绿色区域则显得更暗。
从多个不同角度打光，例如使用环形光源，既能掩盖划痕，又能突出其他重要特征（如压印或颜色），同时不会产生干扰性的阴影。
拍摄高反光物体时，应使用漫射光源或额外的漫射板，尽可能减少干扰性反射，并获得均匀的照明效果。