机器视觉之光源选型

作用：
光源是影响机器视觉图像质量的重要因素。不同光源将直接影响图像的成像质量和效果 ,光源对输入数据的影响至少占到 30 %。选择合适的光源，可突显良好的图像特征点，可以简化算法，提高检测精度、保证检测系统的稳定性
由下图可见
不同的光源产生了不同的成像效果，从而也导致不同的检测算法

光源的需求分析
任务：识别、测量、定位、条形码、字符识别、三维扫描等。
性能要求：如检测内容、检测速度、检测精度等。
其他配合：如相机、镜头、软件、安装方式等

一、光源颜色

1.1 颜色的作用

在工业实际运用中，由于不同工件和材料对不同光源颜色吸收程度是不一样的，要达到的效果不同，检测的项目不同对光源颜色的需求也是不一样的，所以选择一个正确的光源很重要。

1.2 光的颜色

能匹配出所有颜色的三种颜色称为三原色。RGB又称色光三原色（加色法原理），即红（Red）、绿（Green）、蓝（Blue）。 不同波长的光线呈现不同的颜色。波长决定特定颜色的特征。

1.3 颜色的互补与对比

为了方便应用，可以把可见光波段的颜色首尾相接组成一个圆环，也就是所谓的色环。色环中距离比较近的颜色为相近色或者相邻色，关于圆环中心对称的为互补色，离的比较远的为对比色。
在光照环境中，使用与物体本色相邻或相同的颜色照射，物体在图像中的亮度会相对比较高；反之，如果使用对比色光照，则会使物体在图像中显得比较暗。

二、基于光照方式分类

2.1 环形光源

环形光提供不同照射角度、同颜色组合，更能突出物体的三维信息。光出射角度值在0°~90°

0°~45°为低角度环形光源，目前应用案例包括玻璃灰尘划痕检测，金属外框划痕检测、光滑表面的划痕、破损检测以达到突显物体轮廓及划伤，破损的效果。

60°~90°光出射角度集中照射被测物表面，突显物体的表面对不同特性，应用案例有：电感锡面检测，字符检测，不同数据接口的pin针检测，以及平面喷码检测。

2.2 条形光源

条形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。

2.3 球形光源

光线经过球面漫射板反射之后，光滑，均匀的照射在被测物体上，适用于被测物表面起伏不平，反光的物体。应用案例进行曲面，表面凹凸，弧形检测。金属，玻璃反光较强的表面检测。

2.4 同轴光源

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。

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。

2.5 点光源

可以实现小范围高亮度照明，采用独特的聚光效果（导光柱）实现均匀的照射。应用利于包括液晶玻璃线路检测，玻璃表面划痕检测，插头底部字符检测。

通常和远心镜头配合，作平行光源使用。

2.6 背光源

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。

背光源与通用照明的不同之处是：通常情况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。

三、辅助手段

不同的生产线，不同的工作环境对光源亮度、工作距离、照射角度等的要求差别很大。有时受限于具体的应 用环境，不能直接通过光源类型或照射角度的调整而获取良好的视觉图像，需要借助于一些特殊的辅助光学器件。

常见的辅助光学器件有：
反射镜 ：改变光源的光路和角度，从而为光源的安装提供了更大的选择空间。
分光镜 ：分光镜通过特殊的镀膜技术，不同的镀膜参数可以实现反射光和折射光比例的任意调节。
棱镜 ： 可以把不同颜色的复合光分开，从而得到频率较为单一的光源。
偏振片 ：光线在非金属表面的反射是偏振光，借助于偏振片可以有效的消除物体的表面反光。
漫射片 ：可以使光照变得更均匀，减少不需要的反光。
光纤 ：光纤可以将光束聚集于光纤管中，使之想水流一样便于光线的传输，为光源的安装提供了很大的灵活性