卓越工程师特训营(EETP) | 视觉光源知识科普

光源作为视觉系统中不可或缺的部分，需要有专业的工程师进行光源筛选和打光设计以获得最佳照明效果，目前机器视觉光源主要采用LED。视觉光源的作用主要体现在一是照亮目标，提高亮度；二是形成有利于图像处理的成像效果，降低系统的复杂性和对图像处理算法的要求；三是克服环境光干扰，保证图像稳定性，提高系统的精度、效率。

一、光源照明方式

1、直接照明：光直接射向物体，得到清楚的影像。

2、暗场照明：相对于物体表面提供低角度照明。

3、背光照明：从物体背面射过来均匀视场的光，通过相机可以看到物体表面的侧面轮廓。

4、漫射照明：应用半球形的均匀照明，以减小影子及镜面反射。

5、同轴照明：通过垂直墙壁出来的发散光，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。

二、视觉光源分类

三、视觉照明方案

利用各种不同性能和结构的光源，以及物体和背景对光的反射和传送特性就可以设计出不同的照明方案。照明方案分正向和背向照明二大类，每一类又有很多的变化。

1、正面照明

（1）镜面：光线直接从物体的表面反射而进入摄像机镜头。物体的镜面反射不一致的各个区域，可用这一照明方式将它们区分出来。物体表面每倾斜一度，都会使镜面反射光移动二度。这种照明技术对于物体的姿态是非常敏感的。

（2）离轴照明：光源在镜头轴线的侧面，镜面反射有可能到不了镜头，从而避开了镜面反射而引起特亮光的干扰，而漫反射光部分则可能进入镜头。最典型的例子是光滑的金属表面模印上表面粗糙的文字。文字因漫反射光进入镜头而亮，而金属表面背景因镜面反射光而达不到镜头，形成黑背景。

（3）半漫射照明：光线来自比较宽角度的各方向，例如环形光。这种照明方式能获得比较好质量的图像，并具有较好的均匀性，可以有比较大范围的视场。

（4）漫散照明：光线来自所有方向，用于不同的物体特征有不同的漫反射特性、使镜面反射最少，以及使因表面方向变化而引起的影响差异很大的反射最小。

（5）黑场：光线来自与镜头视线方向成 90°的方向，所有镜面反射和所有来自平面的漫反射都会掠过镜头不能进入摄像机。而无规律的表面，例如划痕，会产生强烈的闪烁，而被摄像机转换成图像。

2、背光照明

（1）漫射式：是背光照明中最通用的方式，它具有一块大的透明或半透明的平板，在平板的背后是光源。设计简单，最易获得均匀光源。

（2）凝聚式：使用镜头将光线集中于一个方向，适用于背光照明时建立定向光特性。

（3）黑场：光线从与镜头视线成 90°的方向射入，例如从透明物体的边缘进入，检测物体中的裂痕、气泡等，光线在透明物中传输时不会进入镜头，当碰到某种小物体后，因折射有一部分光反射进入镜头。

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