光源是机器视觉系统中重要的组件之一，一个合适的光源是机器视觉系统正常运行的必备条件。因此，机器视觉系统光源的选择是非常重要的。使用(yòng)光源的目的是将被测物(wù)體(tǐ)与背景尽量明显分(fēn)别，获得高品质、高对比度的图像。光源是机器视觉获取图像的基础，通过对光源的改进与设计可(kě)以高效的提取出所需目标信息，极大地提高图像处理(lǐ)和识别的效率，提高系统测量精度和可(kě)靠性；反之，光源的错误使用(yòng)则会造成图像处理(lǐ)复杂度提高，系统效率低下。

一般的机器视觉检测系统包括照明系统、图像传感器、图像采集卡以及图像处理(lǐ)系统。近些年随着高分(fēn)辨率、高集成度图像传感器产业的成熟，低价格获取高质量标准化的图像传感器成為(wèi)容易之事，加上计算机科(kē)學(xué)技术，信息处理(lǐ)设备的微型化、便携化，通过直接的“拍照”快速获取信息的方式正逐渐深入到各行各业，尤其是批量作业、危险工作环境。

机器视觉中评价光源质量的指标有(yǒu)光通量、照度、亮度、色温、显色性、寿命等。其中，照度、亮度都是衡量光源强度的指标，是两个既关联又(yòu)不同的物(wù)理(lǐ)量。亮度：指的是人在看光源时，眼睛感觉到的光亮度，更侧重的是人的感受程度。我们常说一个地方很(hěn)亮而不会说很(hěn)“照”，就是人的感受，指的就是这个地方的物(wù)品被照射后，反射到我们眼中的光線(xiàn)相对多(duō)。指定方向上光源光通量的多(duō)少是决定性因素，指定方向上光源的光通量多(duō)，亮度就高。照度：指的是光源照射到样品上，单位被照射面积上的光通量，指的是有(yǒu)多(duō)少能(néng)量发射到被照的物(wù)品表面。单位被照射面积上的光通量多(duō)，照度就高。两者的关联是影响光源亮度及照度高低的物(wù)理(lǐ)量是共同的，即：光通量。

不同点是：影响光源亮度的光通量，是光源表面指定方向辐射出来的光通量的多(duō)少；影响光源照度的光通量，是光源辐射到样品上的光通量的多(duō)少。两者表述不同，受外界影响因素也不同。同一只光源，指定方向上光源表面辐射出来的光通量、与光源辐射到样品上的光通量是不相等的。

特别说明：光源的亮度视觉感，有(yǒu)时受色温影响较大。在光通量相同的光源中，色温高的光源会产生亮度高的错误的视觉感。这种“高亮度”光源，光效并不一定比其它光源高，只是一种刺眼的“虚假亮”。亮度指进入人眼中被感受到的光線(xiàn)强度，照度是指被照射面得到的光的数量，从机器视觉应用(yòng)的照明方式来分(fēn)析，背光源照明方式是相机接收到的背光源直接射入镜头的光線(xiàn)，如下图

此时的相机相当于人眼，接收到的是直接入射到相机的光强，与亮度表达的概念相符，因此经理(lǐ)论分(fēn)析亮度是评价此种光源的最佳指标。而其他(tā)照明光源例如环光，相机接收到的是照射到被测样品后的反射光。相机接收到的是照射到样品上反射的光，与照度表达的概念相符，因此照度是评价除背光外其他(tā)光源是最佳的指标。

机器视觉有(yǒu)三大技术即采像技术，处理(lǐ)技术，运动控制技术，而采像技术离不开光源，光源的选择及其性能(néng)直接影响系统的成败，影响处理(lǐ)精度和速度。光源一般分(fēn)為(wèi)可(kě)见光源和不可(kě)见光源。可(kě)见光源主要分(fēn)為(wèi)三种，高频荧光灯、卤素灯和LED光源；不可(kě)见光源主要為(wèi)近红外光、紫外光、X射線(xiàn)等。

LED光源是目前运用(yòng)最多(duō)的机器视觉光源，它具有(yǒu)效率高、寿命長(cháng)、防潮防震、节能(néng)环保等特点，相对高频荧光灯和卤素灯，具有(yǒu)更高的性价比。不可(kě)见光源主要用(yòng)来应对一些特定的需求，如管道焊接工艺的检测，由不可(kě)见光的可(kě)穿透性，可(kě)达到检测点。

光源选择关键性能(néng)指标

1、亮度：在两种光源中选择时，最佳的选择是更亮的那个。当光源不够亮时，可(kě)能(néng)有(yǒu)三种不好的情况会出现。第一，工业相机的信噪比不够，由于光源的亮度不够，图像的对比度必然不够，在图像上出现噪声的可(kě)能(néng)性也随即增大。第二，光源的亮度不够，必然要加大光圈，从而减小(xiǎo)了景深。第三，当光源的亮度不够的时候，自然光等随机光对系统的影响会最大。

2、光源均匀性：不均匀的光会造成不均匀的反射。均匀关系到三个方面。第一，对于视野，在摄像头视野范围部分(fēn)应该是均匀的。简单地说，图像中暗的區(qū)域就是缺少反射光，而亮点就是此处反射太强了。第二，不均匀的光会使视野范围内部分(fēn)區(qū)域的光比其他(tā)區(qū)域多(duō)。从而造成物(wù)體(tǐ)表面反射不均匀（假设物(wù)體(tǐ)表面的对光的反射是相同的）。第三，均匀的光源会补偿物(wù)體(tǐ)表面的角度变化，即使物(wù)體(tǐ)表面的几何形状不同，光源在各部分(fēn)的反射也是均匀的。

3、光谱特征：光源的颜色及测量物(wù)體(tǐ)表面的颜色决定了反射到摄像头的光能(néng)的大小(xiǎo)及波長(cháng)。白光或某种特殊的光谱在提取其他(tā)颜色的特征信息时可(kě)能(néng)是比较重要的因素。当分(fēn)析多(duō)颜色特征的时候，选择光源的时候，色温是一个比较重要的因素。

4、寿命特性：光源一般需要持续使用(yòng)。為(wèi)使图像处理(lǐ)保持一致的精确，视觉系统必须保证長(cháng)时间获得稳定一致的图像。

5、对比度：对比度对机器视觉来说非常重要。机器视觉应用(yòng)的照明的最重要的任務(wù)就是使需要被观察的特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的对比度，从而易于特征的區(qū)分(fēn)。对比度定义為(wèi)在特征与其周围的區(qū)域之间有(yǒu)足够的灰度量區(qū)别。好的照明应该能(néng)够保证需要检测的特征突出于其他(tā)背景。

几种常见光源

一、白炽灯

1、工作原理(lǐ)：白炽灯又(yòu)叫做钨丝灯。電(diàn)流通过灯丝时产生大量热量，使得灯丝的温度达2000摄氏度以上并处于白炽状态，故称之為(wèi)白炽灯。

2、优点：白炽灯最接近于太阳光，显色性很(hěn)好，显色指数99～100；价格便宜。

3、缺点：白炽灯所消耗的電(diàn)能(néng)只有(yǒu)约10%可(kě)转化為(wèi)光能(néng)，而其余部分(fēn)都以热能(néng)的形式散失了，而且使用(yòng)寿命通常不会超过1000小(xiǎo)时。两个词：不节能(néng)，寿命短。

小(xiǎo)结：白炽灯虽然价格便宜显色好，但是耗電(diàn)量大寿命短，電(diàn)能(néng)大部分(fēn)用(yòng)于发热，性能(néng)遠(yuǎn)低于新(xīn)一代的新(xīn)型光源，已被要求渐渐退出市场。

二、卤素灯（俗称灯杯、杯灯、射灯）

大部分(fēn)家庭常用(yòng)的射灯，就是用(yòng)的这种灯杯。

1、工作原理(lǐ)：白炽灯的一个变种，原理(lǐ)是在灯泡内注入碘或溴等卤素气體(tǐ)，在高温下，升华的钨丝与卤素进行化學(xué)作用(yòng)，冷却后的钨会重新(xīn)凝固在钨丝上，形成平衡的循环，避免钨丝过早断裂。因此卤素灯泡比白炽灯更長(cháng)寿。

2、优点：也比较接近于日光的连续光谱，显色性很(hěn)好，显色指数95以上；价格也比较便宜。體(tǐ)积小(xiǎo)，控光性好，所以适合投射性的照明场合。

3、缺点：不改白炽灯本质，还是发热发光，大部分(fēn)以热量方式散失掉，光转化效率不高。寿命提高到2000-4000小(xiǎo)时，还不错。

三、日光灯（俗称灯棒）

1、工作原理(lǐ)：日光灯又(yòu)叫做荧光灯。日光灯灯管內充有(yǒu)氩气和少量的汞，灯管内壁涂有(yǒu)荧光粉。日光灯在气體(tǐ)放電(diàn)的过程释放出紫外光，荧光粉吸收紫外光后释放出可(kě)见光。

2、优点：效率的革命，荧光灯的发光效率比白炽灯高。

3、缺点：显色相对较差，尤其早期的非三基色粉荧光灯。荧光灯含有(yǒu)汞等有(yǒu)害元素，具有(yǒu)一定的危害环境。另外紫外辐射和频闪现象，也会对人的眼睛造成伤害。

四、汞灯

1.工作原理(lǐ)：利用(yòng)汞放電(diàn)时产生汞蒸气获得可(kě)见光的電(diàn)光源。汞灯可(kě)分(fēn)為(wèi)低压汞灯、高压汞灯和超高压汞灯三种。

2.优点：结构简单，低成本，低维修费用(yòng)。可(kě)直接取代普通白炽灯，具有(yǒu)光效長(cháng)，寿命長(cháng)，省電(diàn)经济的特点。

3.缺点：启动时间長(cháng)，二次启动要等灯體(tǐ)冷了才能(néng)再亮。

五、LED灯

1、工作原理(lǐ)：LED 即发光二极管，是一种能(néng)够将電(diàn)能(néng)转化為(wèi)可(kě)见光的固态的半导體(tǐ)器件，它可(kě)以直接把電(diàn)转化為(wèi)光。

2、优点：发光效率比白炽灯和荧光灯都高，理(lǐ)论上寿命很(hěn)長(cháng)，发光可(kě)达10万小(xiǎo)时，实际产品基本上30000-50000小(xiǎo)时不是问题，对于家用(yòng)来说够够的了；无紫外線(xiàn)和红外線(xiàn)辐射；不含铅、汞等污染元素。

3、缺点：市场上的 LED 灯具质量良莠不齐，这几年价格杀下来已经不是问题，但是低价产品的品质却实在堪忧。

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