光源是機(jī)器視覺系統(tǒng)中重要的組件之一，一個合適的光源是機(jī)器視覺系統(tǒng)正常運(yùn)行的必備條件。因此，機(jī)器視覺系統(tǒng)光源的選擇是非常重要的。使用光源的目的是將被測物體與背景盡量明顯分別，獲得高品質(zhì)、高對比度的圖像。光源是機(jī)器視覺獲取圖像的基礎(chǔ)，通過對光源的改進(jìn)與設(shè)計可以高效的提取出所需目標(biāo)信息，極大地提高圖像處理和識別的效率，提高系統(tǒng)測量精度和可靠性；反之，光源的錯誤使用則會造成圖像處理復(fù)雜度提高，系統(tǒng)效率低下。

一般的機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)包括照明系統(tǒng)、圖像傳感器、圖像采集卡以及圖像處理系統(tǒng)。近些年隨著高分辨率、高集成度圖像傳感器產(chǎn)業(yè)的成熟，低價格獲取高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化的圖像傳感器成為容易之事，加上計算機(jī)科學(xué)技術(shù)，信息處理設(shè)備的微型化、便攜化，通過直接的“拍照”快速獲取信息的方式正逐漸深入到各行各業(yè)，尤其是批量作業(yè)、危險工作環(huán)境。

機(jī)器視覺中評價光源質(zhì)量的指標(biāo)有光通量、照度、亮度、色溫、顯色性、壽命等。其中，照度、亮度都是衡量光源強(qiáng)度的指標(biāo)，是兩個既關(guān)聯(lián)又不同的物理量。亮度：指的是人在看光源時，眼睛感覺到的光亮度，更側(cè)重的是人的感受程度。我們常說一個地方很亮而不會說很“照”，就是人的感受，指的就是這個地方的物品被照射后，反射到我們眼中的光線相對多。指定方向上光源光通量的多少是決定性因素，指定方向上光源的光通量多，亮度就高。照度：指的是光源照射到樣品上，單位被照射面積上的光通量，指的是有多少能量發(fā)射到被照的物品表面。單位被照射面積上的光通量多，照度就高。兩者的關(guān)聯(lián)是影響光源亮度及照度高低的物理量是共同的，即：光通量。

不同點(diǎn)是：影響光源亮度的光通量，是光源表面指定方向輻射出來的光通量的多少；影響光源照度的光通量，是光源輻射到樣品上的光通量的多少。兩者表述不同，受外界影響因素也不同。同一只光源，指定方向上光源表面輻射出來的光通量、與光源輻射到樣品上的光通量是不相等的。

特別說明：光源的亮度視覺感，有時受色溫影響較大。在光通量相同的光源中，色溫高的光源會產(chǎn)生亮度高的錯誤的視覺感。這種“高亮度”光源，光效并不一定比其它光源高，只是一種刺眼的“虛假亮”。亮度指進(jìn)入人眼中被感受到的光線強(qiáng)度，照度是指被照射面得到的光的數(shù)量，從機(jī)器視覺應(yīng)用的照明方式來分析，背光源照明方式是相機(jī)接收到的背光源直接射入鏡頭的光線，如下圖

此時的相機(jī)相當(dāng)于人眼，接收到的是直接入射到相機(jī)的光強(qiáng)，與亮度表達(dá)的概念相符，因此經(jīng)理論分析亮度是評價此種光源的最佳指標(biāo)。而其他照明光源例如環(huán)光，相機(jī)接收到的是照射到被測樣品后的反射光。相機(jī)接收到的是照射到樣品上反射的光，與照度表達(dá)的概念相符，因此照度是評價除背光外其他光源是最佳的指標(biāo)。

機(jī)器視覺有三大技術(shù)即采像技術(shù)，處理技術(shù)，運(yùn)動控制技術(shù)，而采像技術(shù)離不開光源，光源的選擇及其性能直接影響系統(tǒng)的成敗，影響處理精度和速度。光源一般分為可見光源和不可見光源?？梢姽庠粗饕譃槿N，高頻熒光燈、鹵素?zé)艉蚅ED光源；不可見光源主要為近紅外光、紫外光、X射線等。

LED光源是目前運(yùn)用最多的機(jī)器視覺光源，它具有效率高、壽命長、防潮防震、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，相對高頻熒光燈和鹵素?zé)?，具有更高的性價比。不可見光源主要用來應(yīng)對一些特定的需求，如管道焊接工藝的檢測，由不可見光的可穿透性，可達(dá)到檢測點(diǎn)。

光源選擇關(guān)鍵性能指標(biāo)

1、亮度：在兩種光源中選擇時，最佳的選擇是更亮的那個。當(dāng)光源不夠亮?xí)r，可能有三種不好的情況會出現(xiàn)。第一，工業(yè)相機(jī)的信噪比不夠，由于光源的亮度不夠，圖像的對比度必然不夠，在圖像上出現(xiàn)噪聲的可能性也隨即增大。第二，光源的亮度不夠，必然要加大光圈，從而減小了景深。第三，當(dāng)光源的亮度不夠的時候，自然光等隨機(jī)光對系統(tǒng)的影響會最大。

2、光源均勻性：不均勻的光會造成不均勻的反射。均勻關(guān)系到三個方面。第一，對于視野，在攝像頭視野范圍部分應(yīng)該是均勻的。簡單地說，圖像中暗的區(qū)域就是缺少反射光，而亮點(diǎn)就是此處反射太強(qiáng)了。第二，不均勻的光會使視野范圍內(nèi)部分區(qū)域的光比其他區(qū)域多。從而造成物體表面反射不均勻（假設(shè)物體表面的對光的反射是相同的）。第三，均勻的光源會補(bǔ)償物體表面的角度變化，即使物體表面的幾何形狀不同，光源在各部分的反射也是均勻的。

3、光譜特征：光源的顏色及測量物體表面的顏色決定了反射到攝像頭的光能的大小及波長。白光或某種特殊的光譜在提取其他顏色的特征信息時可能是比較重要的因素。當(dāng)分析多顏色特征的時候，選擇光源的時候，色溫是一個比較重要的因素。

4、壽命特性：光源一般需要持續(xù)使用。為使圖像處理保持一致的精確，視覺系統(tǒng)必須保證長時間獲得穩(wěn)定一致的圖像。

5、對比度：對比度對機(jī)器視覺來說非常重要。機(jī)器視覺應(yīng)用的照明的最重要的任務(wù)就是使需要被觀察的特征與需要被忽略的圖像特征之間產(chǎn)生最大的對比度，從而易于特征的區(qū)分。對比度定義為在特征與其周圍的區(qū)域之間有足夠的灰度量區(qū)別。好的照明應(yīng)該能夠保證需要檢測的特征突出于其他背景。

幾種常見光源

一、白熾燈

1、工作原理：白熾燈又叫做鎢絲燈。電流通過燈絲時產(chǎn)生大量熱量，使得燈絲的溫度達(dá)2000攝氏度以上并處于白熾狀態(tài)，故稱之為白熾燈。

2、優(yōu)點(diǎn)：白熾燈最接近于太陽光，顯色性很好，顯色指數(shù)99～100；價格便宜。

3、缺點(diǎn)：白熾燈所消耗的電能只有約10%可轉(zhuǎn)化為光能，而其余部分都以熱能的形式散失了，而且使用壽命通常不會超過1000小時。兩個詞：不節(jié)能，壽命短。

小結(jié)：白熾燈雖然價格便宜顯色好，但是耗電量大壽命短，電能大部分用于發(fā)熱，性能遠(yuǎn)低于新一代的新型光源，已被要求漸漸退出市場。

二、鹵素?zé)簦ㄋ追Q燈杯、杯燈、射燈）

大部分家庭常用的射燈，就是用的這種燈杯。

1、工作原理：白熾燈的一個變種，原理是在燈泡內(nèi)注入碘或溴等鹵素氣體，在高溫下，升華的鎢絲與鹵素進(jìn)行化學(xué)作用，冷卻后的鎢會重新凝固在鎢絲上，形成平衡的循環(huán)，避免鎢絲過早斷裂。因此鹵素?zé)襞荼劝谉霟舾L壽。

2、優(yōu)點(diǎn)：也比較接近于日光的連續(xù)光譜，顯色性很好，顯色指數(shù)95以上；價格也比較便宜。體積小，控光性好，所以適合投射性的照明場合。

3、缺點(diǎn)：不改白熾燈本質(zhì)，還是發(fā)熱發(fā)光，大部分以熱量方式散失掉，光轉(zhuǎn)化效率不高。壽命提高到2000-4000小時，還不錯。

三、日光燈（俗稱燈棒）

1、工作原理：日光燈又叫做熒光燈。日光燈燈管內(nèi)充有氬氣和少量的汞，燈管內(nèi)壁涂有熒光粉。日光燈在氣體放電的過程釋放出紫外光，熒光粉吸收紫外光后釋放出可見光。

2、優(yōu)點(diǎn)：效率的革命，熒光燈的發(fā)光效率比白熾燈高。

3、缺點(diǎn)：顯色相對較差，尤其早期的非三基色粉熒光燈。熒光燈含有汞等有害元素，具有一定的危害環(huán)境。另外紫外輻射和頻閃現(xiàn)象，也會對人的眼睛造成傷害。

四、汞燈

1.工作原理：利用汞放電時產(chǎn)生汞蒸氣獲得可見光的電光源。汞燈可分為低壓汞燈、高壓汞燈和超高壓汞燈三種。

2.優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，低成本，低維修費(fèi)用?？芍苯尤〈胀ò谉霟?，具有光效長，壽命長，省電經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。

3.缺點(diǎn)：啟動時間長，二次啟動要等燈體冷了才能再亮。

五、LED燈

1、工作原理：LED 即發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。

2、優(yōu)點(diǎn)：發(fā)光效率比白熾燈和熒光燈都高，理論上壽命很長，發(fā)光可達(dá)10萬小時，實際產(chǎn)品基本上30000-50000小時不是問題，對于家用來說夠夠的了；無紫外線和紅外線輻射；不含鉛、汞等污染元素。

3、缺點(diǎn)：市場上的 LED 燈具質(zhì)量良莠不齊，這幾年價格殺下來已經(jīng)不是問題，但是低價產(chǎn)品的品質(zhì)卻實在堪憂。

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