光源是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中重要的組件之一，一個(gè)合適的光源是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)正常運(yùn)行的必備條件。因此，機(jī)器視覺(jué)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(cè)物體與背景盡量明顯分別，獲得高品質(zhì)、高對(duì)比度的圖像。光源是機(jī)器視覺(jué)獲取圖像的基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)光源的改進(jìn)與設(shè)計(jì)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(shí)別的效率，提高系統(tǒng)測(cè)量精度和可靠性；反之，光源的錯(cuò)誤使用則會(huì)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(jué)檢測(cè)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(jià)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(jì)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(guò)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(xiǎn)工作環(huán)境。

機(jī)器視覺(jué)中評(píng)價(jià)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(gè)既關(guān)聯(lián)又不同的物理量。亮度：指的是人在看光源時(shí)，眼睛感覺(jué)到的光亮度，更側(cè)重的是人的感受程度。我們常說(shuō)一個(gè)地方很亮而不會(huì)說(shuō)很“照”，就是人的感受，指的就是這個(gè)地方的物品被照射后，反射到我們眼中的光線相對(duì)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(lái)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(lái)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(shuō)明：光源的亮度視覺(jué)感，有時(shí)受色溫影響較大。在光通量相同的光源中，色溫高的光源會(huì)產(chǎn)生亮度高的錯(cuò)誤的視覺(jué)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(jué)應(yīng)用的照明方式來(lái)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(shí)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(píng)價(jià)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(cè)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(píng)價(jià)除背光外其他光源是最佳的指標(biāo)。

機(jī)器視覺(jué)有三大技術(shù)即采像技術(shù)，處理技術(shù)，運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，而采像技術(shù)離不開(kāi)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(jiàn)光源和不可見(jiàn)光源。可見(jiàn)光源主要分為三種，高頻熒光燈、鹵素?zé)艉蚅ED光源；不可見(jiàn)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(jué)光源，它具有效率高、壽命長(zhǎng)、防潮防震、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，相對(duì)高頻熒光燈和鹵素?zé)簦哂懈叩男詢r(jià)比。不可見(jiàn)光源主要用來(lái)應(yīng)對(duì)一些特定的需求，如管道焊接工藝的檢測(cè)，由不可見(jiàn)光的可穿透性，可達(dá)到檢測(cè)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(shí)，最佳的選擇是更亮的那個(gè)。當(dāng)光源不夠亮?xí)r，可能有三種不好的情況會(huì)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(duì)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(shí)候，自然光等隨機(jī)光對(duì)系統(tǒng)的影響會(huì)最大。

2、光源均勻性：不均勻的光會(huì)造成不均勻的反射。均勻關(guān)系到三個(gè)方面。第一，對(duì)于視野，在攝像頭視野范圍部分應(yīng)該是均勻的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，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(huì)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(duì)光的反射是相同的）。第三，均勻的光源會(huì)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(cè)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(zhǎng)。白光或某種特殊的光譜在提取其他顏色的特征信息時(shí)可能是比較重要的因素。當(dāng)分析多顏色特征的時(shí)候，選擇光源的時(shí)候，色溫是一個(gè)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(jué)系統(tǒng)必須保證長(zhǎng)時(shí)間獲得穩(wěn)定一致的圖像。

5、對(duì)比度：對(duì)比度對(duì)機(jī)器視覺(jué)來(lái)說(shuō)非常重要。機(jī)器視覺(jué)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(duì)比度，從而易于特征的區(qū)分。對(duì)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(cè)的特征突出于其他背景。

幾種常見(jiàn)光源

一、白熾燈

1、工作原理：白熾燈又叫做鎢絲燈。電流通過(guò)燈絲時(shí)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(yáng)光，顯色性很好，顯色指數(shù)99～100；價(jià)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(huì)超過(guò)1000小時(shí)。兩個(gè)詞：不節(jié)能，壽命短。

小結(jié)：白熾燈雖然價(jià)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(chǎng)。

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(gè)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(huì)重新凝固在鎢絲上，形成平衡的循環(huán)，避免鎢絲過(guò)早斷裂。因此鹵素?zé)襞荼劝谉霟舾L(zhǎng)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(jià)格也比較便宜。體積小，控光性好，所以適合投射性的照明場(chǎng)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(shí)，還不錯(cuò)。

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(guò)程釋放出紫外光，熒光粉吸收紫外光后釋放出可見(jiàn)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(duì)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(huì)對(duì)人的眼睛造成傷害。

四、汞燈

1.工作原理：利用汞放電時(shí)產(chǎn)生汞蒸氣獲得可見(jiàn)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(jiǎn)單，低成本，低維修費(fèi)用?？芍苯尤〈胀ò谉霟?，具有光效長(zhǎng)，壽命長(zhǎng)，省電經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。

3.缺點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)時(shí)間長(zhǎng)，二次啟動(dòng)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(jiàn)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(zhǎng)，發(fā)光可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)，實(shí)際產(chǎn)品基本上30000-50000小時(shí)不是問(wèn)題，對(duì)于家用來(lái)說(shuō)夠夠的了；無(wú)紫外線和紅外線輻射；不含鉛、汞等污染元素。

3、缺點(diǎn)：市場(chǎng)上的 LED 燈具質(zhì)量良莠不齊，這幾年價(jià)格殺下來(lái)已經(jīng)不是問(wèn)題，但是低價(jià)產(chǎn)品的品質(zhì)卻實(shí)在堪憂。

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