光源及照明系统在机器视觉运用

照明是影响机器视觉系统输入的重要因素，因为它直接影响输入数据的质量和至少30%的应用效果。由于没有通用的机器视觉照明设备，所以针对每个特定的应用实例，要选择相应的照明装置，以达到最佳效果。下面主要针对机器视觉系统光源这一部分向大家阐述目前机器视觉普遍采用光源及照明系统相关知识。

过去，许多工业用的机器视觉系统用可见光作为光源，这主要是因为可见光容易获得，价格低，并且便于操作。常用的几种可见光源是白帜灯、日光灯、水银灯和钠光灯。但是，这些光源的一个最大缺点是光能不能保持稳定。以日光灯为例，在使用的第一个100小时内，光能将下降15%，随着使用时间的增加，光能将不断下降。因此，如何使光能在一定的程度上保持稳定，是实用化过程中急需要解决的问题。 另一个方面，环境光将改变这些光源照射到物体上的总光能，使输出的图像数据存在噪声，一般采用加防护屏的方法，减少环境光的影响。

 

由于存在上述问题，在现今的工业应用中，对于某些要求高的视觉检测任务，常采用X射线、超声波等不可见光作为光源。但是不可见光不利于机器视觉检测系统的操作，且价格较高，所以，目前在实际应用中，仍多用可见光作为光源。

照明系统按其照射方法可分为：背向照明、前向照明、结构光和频闪光照明等。其中，背向照明是被测物放在光源和高速相机之间，它的优点是能获得高对比度的图像。前向照明是光源和高速相机位于被测物的同侧，这种方式便于安装。结构光照明是将光栅或线光源等投射到被测物上，根据它们产生的畸变，解调出被测物的三维信息。频闪光照明是将高频率的光脉冲照射到物体上，照像机拍摄要求与光源同步。

机构光

对于镜头的选择已经有了一套非常成熟的设计规则，而光规则相对较少。一个事物要成像，光必须从光源发出，在物体表面反射后再被镜头收集。如果光源中不包含所需要的光线，那么此光线就不会成为像的一部分。 以现今的经验，我们可以直接运用环境光来进行观察。在机器视觉应用中，我们需要以一种可控制的方式给出光源，以达到精确得到我们所需要的特性并尽量减少干扰特性的目的。而自然光是危险的，因为它可能出乎意料的发生变化。

在一个系统中最好把视觉光学和成像光学结合在一起。光源应该包括作镜头能收集到的所有光线，这些光线将作为像的一部分。与此同时，它还不应该包括像中所不需要的光线，例如那些落在镜头视角以外的光线。这些多余的光线只能加大照明度而这就降低了对比度。如果光学原理和成像器件不结合在一起，他们之间的匹配将很难获得。

光系统是机器视觉光学设计中最难的部分，需要更多的经验和实验。镜头必须能处理进入其视场内并在可接受角度的所有光线，即使光线很少。光源必须含有较丰富的光线，它必须能为被测体提供所需的光线，它可能要覆盖一个很大立体角。因此，虽然光源与镜头和高速相机相比占预算较小的一部分，但对整个视觉检测影响重大。