选择机器视觉光源的技巧

视觉光源

机器视觉应用设计的光学系统，最关心的莫过于是物体表面的反射光，由于物体表面的几何形状、光泽及颜色决定了光线在物体表面如何反射。机器视觉应用光源选择的诀窍归结到一点就是如何控制物体的光线反射。如果反射光可以较好的控制，那么采集的图像也就可以控制。

因此好的视觉光源能够使寻找的图像特征非常明显，能够产生最大的对比度、亮度均匀且对目标位置变化不敏感，图像背景和提取的特征明显分离。选择合适的光源，可以降低算法处理的难度，提高系统的稳定性。

机器视觉的光学系统的设计就是对反射光的研究，在机器视觉应用中，为获取高质量的图像，最重要的原则就是控制好光源反射到透镜及光线反射的程度。影响物体表面光反射效果的因素有：光源的位置，表面纹理，物体几何形状及光源均匀性。

光源的位置

光源的目标是使感兴趣的特征与其周围的背景有明显得区分，由于光源按照入射角反射，因此光源的安装位置对获取高对比度的图像有很大的作用。

表面纹理

任何物体表面可能存在高度反射（镜面反射）或者高度漫反射。决定物体表面是镜面反射还是漫反射的主要因素是物体表面的光滑度。如漫反射的表面，有着复杂的表面角度，在图像上成像会显得很明亮。

表面形状

物体表面的形状越复杂，其表面的光源变化也随之而复杂。比如一个球形表面反射光源的方式与平面物体就不近相同。对应一个抛光的镜面表面，光源需要在不同的角度照射才可以减小光影。

光源均匀性

不均匀的光会造成不均匀的反射，会使视野范围内部分区域的光比其他区域多，从而造成物体表面反射不均匀。均匀的光源会补偿物体表面的角度变化，即使物体表面的几何形状不同，光源在各部分的反射也是均匀的。

选择合适的光源对整个视觉系统起着举足轻重的作用，具体的光源选取方法还在于项目的实践经验中总结。在选择光源前，需要提前了解需求信息：

1、 确定项目检测内容具体属于哪一种：外观检查、尺寸测量、OCR、纹理分析、轮廓分析等。

2、 确定物料材质、表面颜色、在动态合适静止下采集图片。

3、 确定检测目标对象是什么：异物、伤痕、缺损、测量、形状识别、字符等。

4、 确定工作距离和安装条件对光源的影响。

5、 确定相机的种类（如面阵或线阵、彩色或黑白）对光源的限制条件。

同时，选择合适的光源需要有简单的基础知识：

1、因材质的不同，物体表面对光的穿透特性各不相同。

2、光波长的长短不同，对物质的穿透率也各不相同。

3、光的波长越长、越容易产生衍射，对物质的透过力越强，光的波长越短、在物质表面的扩散率越大。

选型基本要素：

图像对比度

光源照明的主要作用就是使被提取的图像特征与需要被忽略的图像背景之间产生最大的对比度，从而方便图像特征的提取。好的光源照明应该能够保证需要检测的特征突出于其他的背景。

光源亮度

当光源不够亮时，可能会出现以下三种情况。第一，相机的信噪比不够；由于光源的亮度不够，图像的对比度就不够，在图像上出现噪声的可能性也随即增大。其次，光源的亮度不够，必然要加大光圈，从而减小了景深。另外，当光源的亮度不够的时候，自然光等随机光对系统的影响会更大。

鲁棒性

当光源放置在相机视野的不同区域或不同角度时，图像应该不会随之变化，这表明光源对部件的位置敏感度最小。所以方向性很强的光源，增大了镜面反射发生的可能性，这不利于后面的特征提取。

为了能够突出图像特征点，提高算法稳定性，在打光方案上，常用的方法包括明视野与暗视野。

明视野：用直射光来观察对象物整体(散乱光呈黒色)。

暗视野：用散乱光来观察对象物整体(直射光呈白色)。

选择合适的光源，最重要之处是如何鲜明地获取测物与背景的最大浓淡差（对比度），将被测物与背景尽量明显区分，因此选择性能稳定、光线均匀的光源，对整个视觉系统的成败起到极其重要的作用。