【自有技术大讲堂】打光方式知识介绍

一、 简介

什么是光源？光源指的是“能发出可见光的物体，如太阳、灯、火等。物理学上指能发出电磁波的物体”。简单理解下即可，我们更感兴趣的是在视觉系统应用中，什么样的光源才是“好”光源。只有知道什么样的光源是好的光源，我们才能正确的进行光源选型。下面，我们给出几条“好”光源的标准：

• 将ROI区域（感兴趣区域）和其余部分的灰度值差异加大
• 弱化非ROI区域
• 光照强度要足够，提高信噪比，方便图像处理
• 稳定且寿命长
• 成本低
• 光源的均匀性要好

ROI区域

上面6点中，第3、4、5、6点是光源自身的性能要求，和检测对象无关。至于第1点和第2点，除了和光源自身有关，还和检测对象有关，需要选择不同种类的光源。

目前市面上常见的光源种类主要有：LED灯、卤素灯、荧光灯、白炽灯等。这里，我们可以简单的选择LED灯即可（大部分情况下，LED优势很大）。

在进一步的选型讨论之前，我们先来学习下和光源相关的一些基本概念：显色性、色温、波长、发光强度、光照强度、光通量、相邻色和互补色。

• 显色性：光源对物体的显色能力，使用显色指数(Ra)表示，最高为100。
• 色温：表示光线中包含颜色成分的一个计量单位。
• 波长：波在一个振动周期内传播的距离。
• 发光强度：简称光强，表示光源在单位立体角内光通量的多少。
• 光通量：人眼能感觉的辐射功率，单位为“流明“，符号lm。
• 照度：单位面积上所接收可见光的光通量，单位为流明/平方米，或者称Lux/lx。
• 相邻色和互补色：相邻色是在色环上相邻/同种的颜色，叠加后在黑白相机中呈现浅色。互补色是在色环上相对的颜色，叠加后在黑白相机中呈现深色。色环图如下所示：

色环

二、打光方式

打光方式主要分为如下几种：背部打光、高角度打光、低角度打光和投射打光。

1、背部打光：待检测物体在光源和相机之间。在最终的图像中，会清晰的显示物体的外轮廓。可以用来检测物体的尺寸、检测物体的放置方向、检测是否存在孔和间隙。

背部打光

2、高角度打光：光线方向和待检测表面所成夹角比较大。高角度打光时，表面平滑的部分在图像中显示偏亮，表面结构复杂的地方，如划伤、凹痕，在图像中显示偏暗。

高角度打光

3、低角度打光：光线方向和待检测表面所成夹角比较小。低角度打光时，表面平滑的部分在图像中显示偏暗，表面结构复杂的地方，如划伤、凹痕，在图像中显示偏亮。

低角度打光

三、光源配件

滤镜：在镜头前面加上滤镜可以允许一个波段的光通过滤镜，同时阻断一定波长的光通过。滤镜的选型基本步骤如下：

1、选择镜头口径尺寸适配的滤镜尺寸

2、选择允许通过光源的波段

3、 选择合适的滤镜型号

偏振片：由二向色性材料制成，当光通过偏振片时，与偏振片垂直方向分量的光被强烈吸收，而另一分量被吸收较少，从而将自然光转化成偏振光。

偏振片：聚乙烯醇+碘      

优点：偏振可达98%，适用整个可见光范围，价格低，有效孔径可达180°      

缺点：强度低、不能受潮、易退偏振

参考文献《2020年中国工业机器视觉产业发展白皮书》