光源选择打光策略：照亮精准检测之路
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一、引言
在机器视觉这片充满无限可能的领域中，光源的抉择与打光方式无疑是决定图像质量高低的关键要素。当面对形形色色的检测对象时，为了鲜明地突出被测特征，对光源的结构形状、发光角度以及照度大小等方面都会产生独特且严苛的要求。也正因如此，最终呈现出的成像效果可谓千变万化、各有千秋。恰到好处的光源打光策略能够巧妙地促使图像中的目标特征与背景信息实现最佳程度的分离，就如同在纷繁复杂的信息海洋中精准地勾勒出清晰的轮廓。这一举措不仅能大幅削减图像处理的复杂程度与难度，更能为整个系统的精度提升和可靠性增强注入强劲动力，成为机器视觉技术在众多行业得以广泛且有效应用的坚实基石。
二、光源选择与打光的基本思路
（一）深入洞悉项目需求
首要任务是全方位、深层次地了解项目的具体需求。这涵盖了明确诸如外观检测、光学字符识别（OCR）、尺寸测量、定位识别等精确的检测内容。例如，在外观检测中，需着重关注产品表面是否存在划痕、瑕疵、变形等情况；OCR 则要求清晰准确地识别产品表面的字符信息，以便进行后续的追溯与管理；尺寸测量需要精确获取产品的长度、宽度、高度、直径等关键尺寸数据，对光源的均匀性和稳定性提出了较高要求；定位识别则侧重于确定产品在图像中的准确位置，为后续的自动化操作提供精准的坐标信息。
（二）细致剖析检测目标材质特性
对检测目标的材质特性展开细致入微的查看与分析是不可或缺的环节。通过深入研究目标与背景之间的差异，努力探寻二者在成像方面存在的最大区别。例如，对于金属材质的检测目标，其表面具有较高的反射率，在打光时就需要考虑如何控制反射光，避免因反光过强而掩盖目标特征；而对于塑料材质，其表面可能存在纹理或光泽度差异，需要选择合适的光源角度和强度来凸显这些特征。又如，对于透明材质如玻璃或透明薄膜，光源的穿透性和折射特性就成为关键因素，需要精心挑选能够有效突出其内部结构或表面缺陷的光源。
（三）全面考量客户限制条件
主动询问客户是否存在特定的限制条件同样至关重要。这些条件可能涉及产线光场的布局与环境、工作距离的远近、光源大小的适配性以及视野范围的宽窄等多个方面。例如，在一些空间有限的产线环境中，可能要求光源体积小巧且安装便捷；在长距离检测场景下，需要光源具备较强的光线传播能力和稳定性；而对于大视野范围的检测任务，光源的均匀性和照度覆盖范围就成为首要考量因素。只有充分考虑这些限制条件，才能确保所选择的光源方案切实可行且能够完美融入实际生产流程之中。
（四）反复测试获取最佳光源方案
基于上述各项因素的综合考量，运用实际光源进行反复测试是确定最佳光源方案的核心步骤。在这个过程中，通过不断调整光源的类型、角度、强度等参数，仔细观察和对比所得到的图像效果图。例如，尝试不同颜色的光源照射同一物体，观察目标特征与背景的分离效果；改变光源的角度，分析对物体表面不同部位的光照影响；调整光源的强度，探索对图像对比度和清晰度的提升作用。经过多次的试验与优化，最终确定能够呈现出最佳图像效果的光源方案，从而为后续的图像处理和分析奠定坚实的基础。
三、打光技巧与应用场景
（一）背部光：勾勒物体轮廓的利器
背部打光，即将光源巧妙地安置于被测物体的后方。这种打光方式犹如一位技艺精湛的画师，能够生动地凸显产品的外形轮廓，在明亮的背景映衬下，创作出物体那清晰而深邃的深色轮廓。其在众多检测需求中都展现出了卓越的应用价值，尤其是在检测是否存在孔洞和间隙、边缘检测以及尺寸测量等方面表现得尤为突出。
在背光源的选择上，主要可分为以下三类：
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蓝色背光源：其波长相对较短，穿透性较弱。这种特性使其在检测透明产品时发挥出独特的优势，例如在玻璃、透明薄膜等的尺寸检测和瑕疵检测任务中，蓝色背光源能够有效地减少光线的穿透干扰，使得透明产品表面的细微瑕疵和精确尺寸得以清晰呈现。就如同在清澈的湖水中，蓝色背光源能够精准地捕捉到那一丝不易察觉的涟漪或杂质，为透明产品的质量检测提供可靠依据。
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红外背光源：具有波长较长、穿透性良好的显著特点。这使其成为深色半透明材质检测的理想之选，如在深色的口服液、深色液体以及深色的半透明皮革检测中，红外背光源能够轻松穿透材质内部，清晰地展现出其内部结构和可能存在的缺陷。仿佛是一把能够穿透黑暗迷雾的强光手电筒，为深入探究深色半透明材质的奥秘提供了有力工具。
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白色背光源：以其通用性佳、相对亮度高的优势而备受青睐。它几乎适用于大多数的应用场景，就像一位全能型选手，无论是简单的轮廓勾勒还是较为复杂的特征检测，白色背光源都能稳定地发挥作用，为各种不同类型的检测任务提供均匀而明亮的背景光照，确保图像的整体清晰度和辨识度。
例如，在药品瓶口尺寸检测中，背光源能够从后方均匀照亮瓶口，使得瓶口的圆形轮廓在图像中清晰可辨，边缘的微小瑕疵或尺寸偏差都能被准确捕捉。在螺丝尺寸测量时，背光源同样能够突出螺丝的外形，为精确测量其长度、直径等参数提供良好的成像条件。
（二）高角度光：凸显表面细节的能手
高角度光线，其方向与检测面近乎垂直。在这种打光方式下，物体表面平整部位由于其规则的反射特性，反光相对容易顺利进入镜头之中，从而在画面中呈现出偏亮的效果。而对于那些不平整部位，如凹坑、划伤等表面结构较为复杂的情况，光线的反射则变得杂乱无章，仅有少量光线能够成功折射到镜头中，因此在画面中的效果会明显偏暗。
这种打光方式在字符识别、凹坑与划伤检测以及尺寸测量等领域有着极为广泛的应用。在实际光源选择时，可考虑高角度环形光源、同轴光源、条形光源、面光等。例如，在螺母外观缺陷检测中，高角度环形光源能够从上方以较高角度照射螺母，螺母表面平整的螺纹部分会因反光而显得明亮，而存在凹坑或划伤的部位则因光线反射较少而呈现出较暗的区域，从而使缺陷清晰可见，便于视觉系统进行准确的识别和判断。
（三）低角度光：反转光影呈现缺陷
低角度光线的方向与检测面相对接近平行。此时，物体表面平整部位因光线入射角较小，相对无反射光线进入镜头之中，故而在画面中显示偏暗。相反，那些不平整的部位，如凹坑、划伤等表面结构复杂之处，由于其特殊的反射和折射特性，反光较为杂乱，反而会有少量光线能够折射到镜头中，在画面中表现出较亮的效果。
低角度光同样常见于字符识别、凹坑与划伤检测以及尺寸测量等应用场景。可选用低角度环形光源、条形光源、线性条形光等进行打光操作。以螺母外观缺陷检测为例，低角度条形光源从侧面以低角度照射螺母时，螺母表面的缺陷部位会因光线的特殊反射而在图像中凸显出来，与周围较暗的平整区域形成鲜明对比，使得视觉系统能够迅速捕捉到缺陷信息，为后续的质量评估和处理提供有力支持。
（四）无影光：均匀照亮呈现整体
无影光恰似一位神奇的光影魔法师，兼备了高角度光和低角度光的双重效果。它通过使被测物体得到多角度的全方位照射，巧妙地弱化了表面纹理和褶皱对成像的影响，从而使图像整体呈现出均匀一致的效果。
这种打光方式在定位识别、尺寸测量以及弧形产品表面检测等任务中表现出色。可选用圆顶光源、环形无影光源、灯箱等作为无影光的来源。例如，在法兰外观缺陷检测中，圆顶光源能够从上方均匀地向法兰投射光线，各个角度的光照相互补充和融合，使得法兰表面无论是平整区域还是存在微小弧度或纹理的部位，都能在图像中得到均匀的呈现，避免了因阴影或光线不均而导致的特征误判，大大提高了检测的准确性和可靠性。
四、光源选择的其他要点与经验积累
实际上，除了上述几种经典的打光方式之外，在机器视觉应用中，光源的选择可谓丰富多彩、种类繁多。例如，在考虑物体颜色与光源颜色的搭配时，就蕴含着诸多巧妙之处。当我们拍摄物体时，如果期望将某种颜色打成白色，那么明智的做法是使用与此颜色相同或相似的光源。这是因为相似颜色的光源能够最大限度地激发物体表面该颜色的反射光，使其在图像中呈现出明亮的白色效果。相反，如果想要将目标颜色打成黑色，则需要精心挑选与目标颜色波长差较大的光源。这样一来，物体表面该颜色的光吸收能力增强，反射光极少，从而在图像中呈现出黑色的效果。
机器视觉的核心要旨在于精准地将所需要的图像特征提取出来，以便视觉系统能够顺利地开展下一步工作。而选择合适的光源与打光方式，无疑是实现这一目标的关键捷径。它不仅能够显著简化软件系统的运算复杂度，避免因图像质量不佳而导致的复杂图像处理过程，还能切实提高整个系统的精度和稳定性，确保机器视觉技术在工业生产、质量检测、智能安防等众多领域发挥出更为卓越的性能，为推动各行业的智能化发展进程贡献不可或缺的力量。
文章来源：机器视觉沙龙
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