机器视觉系统中光源知识介绍

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数码相机拍照的时候会补光、十字路口的摄像头拍照会闪一下也是为了补光，那么在机器视觉领域也需要补光，那就是光源，光源的意义是让物体的特征呈现出来，特征就是我们需要的信息，前景跟背景区分出来，如下图中所示需要检测芯片管脚是否正常缺失，那么左侧没有很好地前景（芯片和管脚）和背景区分开来，右侧就是一个好的图像效果。

特征明显就是好的效果，前景跟背景明显区分开来

总体来说，光源的光照射到物体表面，把物体表面信息呈现出来，相机捕获图像的过程。

通过光的交互方式可分为 反射、散射/扩散、吸收、穿透

反射

散射

吸收

穿透

光源技术

光源技术是设计光源的几何位置使得凸显有明显对比度，光源会使那些感兴趣的并需要机器视觉分析的区域更加突出。通过选择光源技术，应该关心物体是如何被照明及光源是如何反射及散射的。下面的列举的是几种常见的照明技术。

明场照明

光直接照射到物体表面，大多数光反射到镜头，得到比较清楚的图像，当我们需要高对比度物体的时候，这种照明类型就有用。但是当我们用它照在有反射或者光亮的材料时，会引起镜面反光，通常照明一般采用环状或者点状照明，环光是比较常用的照明方式，并且安装方便可给满发射表面提供足够的照明，环光是应用的比较广泛的光源之一。

明场照明，大多数光源照射到镜头中

暗场照明

案场照明是相对于物体表面提供低角度照明，一般光源的灯珠安装的角度比较低。典型的，案场照明应用在对表面部分有突出的部分的照明或表面纹理变化的照明，比如凸起来的字符等。

暗场照明，表面凸起部分光源反射到镜头，平面部分光源被反射到其他地方，所以看到图像凸起部分亮

背光照明

从物体背面照射过来的均匀视场的光，通过相机可以看到物体的侧面轮廓，背光照明常用语测量物体的尺寸和定位物体的方向，背光照明产生了很强的对比度，应用背光技术的时候，物体表面特征会丢失，只有物体侧面轮廓存在。

背光照明

同轴照明

同轴光的形成是通过垂直面发出来的变化发散光，射到一个使光向下的分光镜上，相机从上面通过分光镜看物体，这种类型的光源对检测高反射的物体特别有帮助，还适合受周围环境产生阴影的影响，检测面积不明显的物体。

同轴照明

漫射照明

连续漫反射照明应用于物体表面的反射性或者表面有复杂的角度，连续漫反射照明应用半球的均匀照明，以减小影子及其镜面反射，这种照明方式对于完全组装的电路板照明非常有用，这种光源可以达到170立体角范围的均匀照明。

多次漫反射照明

比如下面所示，同一个硬币不同的照明图像。

同一个物体在不同光源下的成像

市场上有非常多的生产厂家生产LED光源，可以简单按照如下分类

常用的光源分类

环光：字符识别、外观检测、损伤与污垢检测、二维代码读取、金属表面的刻印、损伤与污垢检测、异物混入检测等

条光：带发纹金属的损伤检测、异物与有无检测、液面检测、外观检测、包装品的破裂、污垢检测

面光：液面检测、针孔检测、外观检测、金属零件的毛刺检测

穹顶光源：光泽表面、曲面、凹凸面的外观、印字、颜色识别检测、刻印、损伤与污垢检测等

点光源：尺寸测量用光源、点照射用光源等

同轴光源：光泽表面、镜面的缺陷、损伤、刻印、凹陷检测

线光源：适用于异物检测、污垢检测

有些场合也需要上面的一种或几种组合起来，形成组合光源，通过软件控制光源的亮灭进行检测。

在实际中，远远不止这些，还有其他非标的光源，但原理都一样，设计的时候考虑到一些特殊的产品，需要照射的光按照一定的角度才能把特征表现明显。

AOI检测常用的光源

总之，光源的种类非常多，我们只需要了解基本的光源选型和原理，剩下的一些可以交给专业的机器视觉光源公司，各大光源公司都很乐意为客户打光测试，所以，不要怕。

光源颜色和色温

光谱特征：光源的颜色及测量物体表面的颜色决定了反射到摄像头的光能的大小及波长。白光或某种特殊的光谱在提取其他颜色的特征信息时可能是比较重要的因素。当分析多颜色特征的时候，色温是一个比较重要的因素。对检测来说，最好的光源颜色（频率）依靠两个因素：被检测物体的颜色和CCD的频谱响应。下面两图就分别是常见光源和接收器的频谱响应曲线和色轮图。彩色CCD通常需要白色的照明光源—尽管这不是永恒的。我们可以通过实验不同颜色的光来增加图像的对比度，从而使我们的单色检测得到加强。色轮对我们选择单独频率的光源来增大图像对比度很有帮助。通常用相反色温的颜色照射，可以达到最高级别的对比度，冷色照射暖色图像变暗，照射其它的冷色则变亮。

色彩

彩色相机使用不同光源效果