最近在某小公司實習了一段時間，發現平常自己學習的那些機器視覺、計算機視覺和實際工作中的情況天差地別。公司用海康威視的MVS和VisionMaster
軟件進行方案的設計，如有需求也使用Halcon。
在實驗室中，遇到某個問題時，總是想著如何去分離這個特征或者直接上深度學習網絡去解決問題，遇到數據集稀缺或背景復雜時就很難處理。然而那些我看上去難以解決的問題，在公司中的技術人員眼中，經過合理的打光就能通過簡單的算法完美解決。
某些特征經過合理的打光能很明顯的顯示出來，實際工業應用中，也是光源加機械手對缺陷或目標物件進行識別和定位，合理的光源和打光方法能解決80%的問題。

光源篇

• 1.光源的重要性
• 2.光源的需求分析
• 3.光源顏色的使用
• • 3.1 白色光源（W）
  • 3.2 藍色光源（B）
  • 3.3 紅色光源（R）
  • 3.4 綠色光源（G）
  • 3.5 紅外光（IR）
  • 3.6 紫外光（UV）
• 4.光源的照射方式
• • 4.1 角度照射
  • 4.2 垂直照射
  • 4.3 低角度照射
  • 4.4 背光照射
  • 4.5 多角度照射
  • 4.6 碗狀光照明
  • 4.7 同軸光照射
• 5.光源選擇要領
• • 5.1 條光選型要領
  • 5.2 環光選型要領
  • 5.3 條形組合光選型要領
  • 5.4 背光源/平行背光源造型要領
  • 5.5 同軸光造型要領
  • 5.6 平行同軸光選型要領
• 6.案例分析
• • 6.1 酒瓶蓋條碼檢測

1.光源的重要性

由上圖可見不同的光源產生了完全不同的成像效果，從而也導致不同的檢測算法（優選及簡化） 。
選擇合適的光源，可突顯良好的圖像效果（特征點），可以簡化算法，提高檢測精度、保證檢測系統的穩定性。

2.光源的需求分析

任務：檢測（識別）、測量、定位、條形碼、字符識別、三維掃描等。
性能要求：如檢測內容、檢測速度、檢測精度等。
其他配合：如相機、鏡頭、軟件、安裝方式等。

3.光源顏色的使用

常用光源顏色有：白色、藍色、紅色、綠色、紅外、紫外。

3.1 白色光源（W）

白色光源通常用色溫來界定,色溫高的顏色偏藍色(冷色，色溫>5000K)，色溫低的顏色偏紅(暖色，色溫<3300K)，界于3300與5000K之間稱之為中間色，白色光源適用性廣，亮度高，特別是拍攝彩色圖像時使用更多。

3.2 藍色光源（B）

藍色光源波光為430-480之間，適用產品：銀色背景產品（如鈑金，車加工件等）、薄膜上金屬印刷品。

3.3 紅色光源（R）

紅色光源的波長通常在600-720之間，其波長比較長，可以透過一些比較暗的物體，例如底材黑色的透明軟板孔位定位、綠色線路板線路線路檢測，透光膜厚度檢測等，采用紅色光源更能提高對比度。

3.4 綠色光源（G）

綠色光源波長510-530，界于紅色與藍色之間，主要針對產品：紅色背景產品，銀色背景產品（如鈑金，車加工件等）。

3.5 紅外光（IR）

紅外光的波長一般為780-1400，紅外光屬于不可見光，其透過力強。一般LCD屏檢測、視頻監控行業應用比較普遍。
示例：合理運用顏色過濾背景，紅色的光源過濾掉紅色的文字
白色光源下：

紅色光源下：

3.6 紫外光（UV）

紫外光的波長一般為190-400，其波長短，穿透力強，主要應用于證件檢測、觸摸屏ITO檢測、布料表面破損、點膠溢膠檢測等方面，金屬表面劃痕檢測等.

4.光源的照射方式

光源是影響機器視覺圖像質量的重要因素，照明對輸入數據的影響至少占到 30 % 。好的打光方式可以準確捕捉物體特征，提高物體與背景的對比度。

4.1 角度照射

應用：

特點：在一定工作距離下，光束集中、亮度高、均勻性好、照射面積相對較小。常用于液晶校正、塑膠容器檢查、工件螺孔定位、標簽檢查、管腳檢查、集成電路印字檢查等(30、45、60、75等角度環光*)。

4.2 垂直照射

應用：

特點：照射面積大、光照均勻性好、適用于較大面積照明。可用于基底和線路板定位、晶片部件檢查等（0角度環光、面光源*）。

4.3 低角度照射

應用：

特點：對表面凹凸表現力強。適用于晶片或玻璃基片上的傷痕檢查（90度環光*）。

4.4 背光照射

應用：

特點：發光面是一個漫射面，均勻性好。可用于鏡面反射材料，如晶片或玻璃基底上的傷痕檢測；LCD檢測；微小電子元件尺寸、形狀，靶標測試。（背光源、平行背光源）

4.5 多角度照射

應用：

特點：RGB三種不同顏色不同角度光照，可以實現焊點的三維信息的提取。適用于組裝機板的焊錫部份、球形或半圓形物體、其它奇怪形狀物體、接腳頭（AOI光源）。

4.6 碗狀光照明

應用：

特點：360度底部發光，通過碗狀內壁發射，形成球形均勻光照。用于檢測曲面的金屬表面文字和缺陷。（球積分光源，通常也叫圓頂光）

4.7 同軸光照射

應用：

特點：類似于平行光的應用，光源前面帶漫反射板，形成二次光源，光線主要趨于平行。用于半導體、PCB板、以及金屬零件的表面成像檢測，微小元件的外形、尺寸測量。（同軸光源，平行同軸光源）

5.光源選擇要領

5.1 條光選型要領

1、條光照射寬度最好大于檢測的距離，否則可能會照射距離遠造成亮度差，或者是距離近而幅射面積不夠；
2、條光長度能夠照明所需打亮的位置即可，無須太長造成安裝不便，同時也增加成本,一般情況下，光源的安裝高度會影響到所選用條光的長度，高度越高，光源長度要求越長，否則圖像兩側亮度傳經比中間暗；
3、如果照明目標是高反光物體，最好加上漫射板，如果是黑色等暗色不反光產品，也可以拆掉漫射板以提高亮度；

5.2 環光選型要領

1、了解光源安裝距離，過濾掉某些角度光源；例如要求光源安裝尺寸高，就可以過濾掉大角度光源，選擇用小角度光源，同樣，安裝高度越高，要求光源的直徑越大；
2、目標面積小，且主要特性在表面中間，可選擇小尺寸0角度或小角度光源；
3、目標需要表現的特征如果在邊緣，可選擇90度角環光，或大尺寸高角度環形光；
4、檢測表面劃傷，可選擇90度角環光，盡量選擇波長短的光源；

5.3 條形組合光選型要領

1、條形組合光在選擇時，不一定要按照資料上的型號來選型，因為被測的目標形狀、大小各不一樣，所以可以按照目標尺寸來選擇不同的條形光源進行組合；
2、組合光在選擇時，一定要考慮光源的安裝高度，再根據四邊被測特征點的長度寬度選擇相對應的條形光進行組合；

5.4 背光源/平行背光源造型要領

1、選擇背光源時，根據物體的大小選擇合適大小的背光源，以免增加成本造成浪費；
2、背光源四周一條由于的外殼遮擋，因此其亮度會低于中間部位，因此，選擇背光源時，盡量不要使目標正好位于背光源邊緣；
3、背光源一般在檢測輪廓時，可以盡量使用波長短的光源，波長短的光源其衍射性弱，圖像邊緣不容易產生重影，對比度更高；
4、背光源與目標之間的距離可以通過調整來達到最佳的效果，并非離得越近效果越好，也非越遠越好；
6、檢測液位可以將背光源側立使用；
7、圓軸類的產品，螺旋狀的產品盡量使用平行背光源；

5.5 同軸光造型要領

1、選擇同軸光時主要看其發光面積，根據目標的大小來選擇合適發光面積的同軸光；
2、同軸光的發光面積最好比目標尺寸大1.5~2倍左右,因為同軸光的光路設計是讓光路通過一片45度半反半透鏡改變,光源靠近燈板的地方會比遠離燈板的亮度高,因此,盡量選擇大一點的發光面避免光線左右不均勻;
3、同軸光在安裝時盡量不要離目標太高，越高，要求選用的同軸光越大，才能保證才均勻性；

5.6 平行同軸光選型要領

1、平行同軸光光路設計獨特，主要適用于檢測各種劃痕；
2、平行同軸光與同軸光表現的牲點不一樣，不能替代同軸光使用；
3、平行同軸光檢測劃傷之類的產品，盡量不要選擇波長長的光源；

6.案例分析

6.1 酒瓶蓋條碼檢測

檢測的內容主要有條碼識別、條碼打標位置是否偏離；使用光源：204mm、60度藍光。
單個瓶蓋：

要求裝在包裝箱里檢測：

選型分析：
1、了解產品特性：
瓶蓋上面是黑色，另有紅黑交錯背景圖案，條碼為激光刻印顯灰色，為了顯現出條碼，應該將字符打亮，背景與字符分辨明顯；我們如果選用紅色光源的話，背景中的紅色會濾掉打白，會干擾同為白色的字符，所以，我們應該利用光源的互補原理，采用藍色光源，將紅色背景盡量打黑；
白色光源效果：

藍色光源效果：

2、了解產品形狀選擇合適光源
瓶蓋為圓形，直徑為25MM，一般此情況可以選擇同軸光或者環形光比較合適；
3、了解產品材質特性選擇合適光源
瓶蓋為金屬材料，表面有印刷圖案，比較光滑，反光度很強，選用同軸光或帶角度的環形光比較合適；
4、模擬現場打光選擇能用的光源
由于酒瓶必須裝在包裝紙箱里，瓶蓋離紙箱上頂部的距離有80MM，考慮需要留一定的空間，因此，瓶蓋離光源需要的距離為100MM或以上，如此高的距離，小同軸光跟小環光以及低角度光就不能滿足要求，必須選用大同軸光跟大環光
5、打光試驗
根據以上情況選擇大致的光源后，再進行性價比對比，選擇性價比高的光源進行實際打光測試（同軸光如果提到110MM距離的話，需要用到120左右的光，單位價值比較高，所以選擇環形光比較經濟）
采用180mm、30度藍色環光在110MM高度打光周邊亮帶反光強，不利于找中心位。

采用204mm、60度藍色環光在110MM高度不會將光源LED亮斑影投射到瓶蓋上。

6、最終確定光源
根據打光效果圖進行軟件處理，在得到可靠性及準確性 的條件下選擇正確的光源。

以上述案例可以看出:
1、產品的顏色影響光源的顏色；
2、產品的特性可以確定光源的照射方式，從而確定光源的類型；
3、產品的安裝空間及相機、鏡頭、傳感器的位置等障礙可以摒棄一些不方便安裝的光源；
4、光源的安裝高度影響光源的類型及大小；

總結

以上是生活随笔為你收集整理的机器视觉——光源选型原理及使用方法的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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