如何在机器视觉中选择合适的光源

在机器视觉应用中，光源的选择对图像的质量和系统的整体性能至关重要。光源是机器视觉系统的“光学画笔”，直接影响图像对比度、均匀性和信噪比。合适的光源设计能将目标特征与背景分离，使图像处理复杂度降低50%以上。不同的任务、物体和环境条件要求使用不同类型的光源。例如，在金属件检测中，精准的波长选择可凸显氧化层反光差异，而背光照明则能清晰勾勒物体轮廓‌。

 1. 机器视觉光源的基本概念

机器视觉系统是利用计算机视觉技术进行图像处理和分析的系统，其中光源是确保成像质量的关键因素。光源的主要作用是提供照明，使得相机能够捕捉到清晰、细致的图像。在任何机器视觉应用中，光的质量、光源的类型以及照明的角度等都会极大影响最终的图像效果。

 2. 常见光源类型及应用场景

一、‌环形光源‌

‌高反光表面检测‌：通过多角度补光消除金属、玻璃等反光面的阴影，例如手机金属边框划痕检测‌；

‌电子元件检测‌：PCB基板焊点定位、IC元件表面印刷字符识别‌；

‌立体特征增强‌：采用低角度（0°~45°）环形光源突显物体轮廓，如光滑表面的划痕检测‌。

二、‌同轴光源‌

‌镜面材料缺陷检测‌：金属板、晶圆表面微小划痕的精准成像‌；

‌高精度定位‌：结合分光镜设计消除表面反光干扰，适用于半导体封装定位‌；

‌薄膜类检测‌：通过均匀照明穿透塑料薄膜，读取喷码或检测内部结构‌。

三、‌线光源与条光源‌

‌边缘增强检测‌：斜角照射突出物体轮廓，用于PCB边缘毛刺检测、晶圆轮廓定位‌；

‌表面纹理分析‌：通过立体光路设计增强皮革、纺织品的纹理缺陷识别‌；

‌高速运动场景‌：μs级脉冲线光源消除拖影，适用于锂电池电芯高速分选（2m/s）。

四、‌背光源与面光源‌

‌透明物体检测‌：背光照明清晰勾勒玻璃瓶、透明薄膜的轮廓特征‌；

‌平面均匀照明‌：大面积面光源用于印刷电路板、食品包装的全表面缺陷筛查；

‌低反射材质检测‌：通过漫反射消除纸张、橡胶制品的表面阴影干扰‌。

五、‌特殊光源技术‌

‌红外光源‌：穿透塑料/纸张读取内部喷码信息，适用于食品包装质检；

‌紫外光源‌：激发胶水、油墨的荧光效应，用于微裂纹或漏胶检测‌；

‌激光光源‌：高方向性单色光实现亚微米级精密测量，如半导体晶圆三维重构‌。

光源技术的选择需结合‌材料特性‌（如反射率、透光性）、‌检测目标‌（轮廓/纹理/内部缺陷）及‌环境约束‌（速度/稳定性）进行系统化设计。从基础照明到智能光学方案，光源始终是机器视觉实现工业级精度的核心变量‌。

当然，在机器视觉中，照明的方式也会影响最终结果。常见的照明方式有平行照明、高角度照明、低低角度照明、背光照明等。平行照明多用于无阴影图像的技术，适用于表面平整、反光物体的检测；低角度照明尤其适用于具有微小凹凸的物体表面检测；背光照明常用于厚度测量。

在机器视觉系统中，光源的选择不仅影响最终的图像质量，还影响系统的整体性能。这就要求在选择时充分考虑应用、物体特性、成像条件及预算等各方面的因素。通过合适的光源，可以大大提升图像处理的精度与效率。