日出而作，日落而息。在中华民族几千年的农耕文明中，光源起到了不可或缺的作用。众所周知，光源分为两大类：自然光源和人造光源。自然光源主要是日光，还包括星光等。能被有效利用的主要是日光，星光只能用作导航的参照物。早期的人造光源主要是燃烧燃料的一些灯具，如蜡烛、油灯。如今随着第二和第三次工业革命的发展，机器逐渐成为我们生活中必不可少的一部分，机器视觉光源也随之衍生，机器视觉光源的研发制作逐渐成为了一门新兴产业。

光源有哪些作用？

机器视觉系统的核心是图像的采集和处理。所有信息均来源于图像，图像的质量对整个视觉系统极为关键。一副好的图像可以提高整个系统的稳定性，从而大大降低图像处理算法的难度，同时提高系统的精度和可靠性，合理有效的照明方案至关重要。

那么一幅好的图像应该具备哪些条件呢？

首先是对比度，要求目标与背景灰度值一般相差30以上，过渡像素满足精度检测要求；其次是均匀性，要求图像整体灰度均匀，不均匀但灰度差差不影响图像处理；再次是真实性，与颜色有关的需要颜色真实，亮度适中，不过度曝光；最后就是背景尽量淡化。光源是影响图像质量的重要因素，因为它直接影响输入数据的质量，目前尚没有一个通用的机器视觉照明设备。因此，针对每个不同的案例，需要选择合适的照明装置，以达到最佳照明效果。

光源的作用是怎样体现的呢?

首先是照亮目标，提高目标亮度；其次就是形成最有利于图像处理的成像效果；再者就是克服环境光干扰，保证图像稳定性；最后就是用作测量的工具或参照。

光源的基本特性

首先是光通量，光通量指人眼所能感觉到的辐射功率，它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相视见率的乘积。由于人眼对不同长光的相对视见率不同，所以不同波长光的辐射功能相等时，其光通量并不相等。光源的辐射能通量是指对人眼所引起视觉的物理量。即单位时间内某一波段内的辐射能量与该波段的相视见率的乘积。人眼对不同波段的光视见率不同，故不同波段的光辐射功率相等，而光通量不等。

发光效率

光源发出的光通量与其所消耗的电功率的比值，称之为光源的发光效率。光强是发光强度的简称，表示光源在单位立体角内光通量的多少。发光强度是指在指定方向上的单位立体角内发出的光通量，也就是说光源向空间某一方向的辐射的光通密度。光照度被照面单位面积接受的光通量，称为光照度，光照度是衡量拍摄环境的一个重要指标。

均匀性通常指光源发出的光线在某一受照面的一定范围内的照度值均匀，亮度一致，则称为光源在该受照面的均匀性受到光源本身设计以及光源的工作距离和工作角度等影响。还有就是光源的平行性理想点光源的光线经过特殊透镜模组，能够形成出射方向相同的平行光线。光源的平行性越好，光斑就越不容易随着照射距离的变化而发生形状大小的改变。平行光源多用于镜面材料的缺陷检测、激光雕刻识别灯。再者就是色温，色温是表示光线中包含颜色的成分的一个计量单位。从理论上讲，色温是指绝对黑体从绝对零度开始加温后所呈现的颜色。黑体在受热后，逐渐由黑变红，转黄，发白，最后发出蓝色光。当加热到一定的温度，黑体发出的光含有的光谱成分，就成为这一温度下的色温，计量单位为“K”（开尔文）、如果某一光源发出的光与某一温度下黑体发出的光所含有的光谱成分相同，即称为某K色温。

显色性是光源的光照射到物体上所产生的客观效果和物体真实颜色的显现程度。光源的显色性是由于显色指数来表明，它表示物体在光下颜色比基准光（太阳光）照明时颜色的偏离，能比较全面反映光源的颜色特性。显色性高的光源对颜色的显现能力较强，在其照射下看到的颜色就比较接近自然原色，比较逼真；显色性低的光源对颜色的显现能力相对较差，在其照射下看到的物体颜色与自然原色差异也比较大。光源的色温与显色性并没有直接关系。国际照明委员会CIE把太阳的显色指数定为100，各类光源的显色指数各不相同。一般工业上，光源显色指数为Ra=90-100即为显色性优秀，应用于色彩需要比较精准的场所；Ra=80-90则表示显色性良好，应用于色彩需要正确判断的场所。TSD标准的LED色温在5000~7000K范围，显色指数70-90，高显指的是色温在2700~5600K范围，显色指数大于95。

寿命

LED灯珠寿命通常在50000小时以上，与传统光源灯丝熔断停止发光不同，LED不会直接停止发光，而是光通量随着时间流逝而下降，通常以光源的光通量下降到初始的50%作为寿命时长。热量是影响LED光源寿命的主要因素，通过优化LED光源电气设计和散热设计，采用频闪触发控制光源工作，降低LED工作温度，能有效延长LED光源的寿命。

颜色

光的本质上是一种电磁波，在整个电磁辐射波谱中，可见光只占其中一小部分，波长在380nm~780nm之间的那部分可以被人眼感知，称为可见光。对不可见光来说，一般将波长在10nm-400nm之间称为紫外光，将波长770nm-1mm之间的称为红外光。

那么如何选择或设计光源照明方案呢？

通过合理的照明方式可以把目标的特征凸显出来，同时将背景和干扰信息最大程度的过滤或者淡化，这样就可以得到最有利于处理的图像，整个系统的精度和稳定性就可以得到必要的保证。当光照射到物体表面后会发生一系列的光学现象，主要包括镜面反射、漫反射、表面散射、折射、背散射、透射、背反射、色散等。还有一部分光被物体吸收，各种情况发生的条件由物体的材质、表面工艺、形状、颜色、化学成分等客观因素决定。不同的表面发生各种光学现象的差异很大，例如镀膜良好的镜子表面，光照射几乎全部被反射，光线垂直照射到透明玻璃上之后，几乎全部穿透，从另一面发射出去，黑色粗糙表面，基本没有光反射或者透射，光几乎全部被吸收掉。除此之外，光学效果还取决于光源的发光方式和照射方式，例如漫射光均匀照射可以消除物体表面不平整造成的差异，而平行光照射则恰好相反，能够突出物体表面不平整的特征。因此想要得到预期的效果，需要找到合适的光源和合理的照射方式。

概括来说，选定光源要有以下过程：首先要了解项目需求，明确要检测或要测量的目标；其次分析目标和背景的区别，找出两者之间成像差异最大的光学现象；然后根据光源与目标之间的配合关系，初步确定光源的发光类型及颜色；再拿着实际光源进行测试，以确定满足要求的打光方式；最后根据具体情况确定适用的产品。

实物案例图：

打光方式浅析

背光照明方式指的是漫射背光源贯穿透射，漫射背光源置于待测工件正下方，摄像系统垂直于工件和光源进行拍照。这种打光方式主要应用于存在性检测、计数、薄片边缘检测、透明体表面和内部不透明异物或脏污检测、透明体和半透明体突变型和部分渐变缺陷、镂空打标检测等。这种打光的优势是结构简单，尺寸检测效果稳定可靠，且一般情况下图像黑白清晰对比，便于处理；相机正对光源拍摄，亮度容易满足；缺点就是大部分在线检测项目不方便使用，多层交叠不透明体会相互干扰，有一定厚度，带倒角、圆角的物体或圆柱体尺寸测量容易出现边缘发虚现象，结果会有一定偏差，如果测量精度要求很高，就会没那么可靠。

平行背光源贯穿透射指的是平行背光源置于待测工件的正下方，摄像系统垂直于工件和光源进行拍照。主要应用于产品边缘形状导致的不适用使用漫射背光源的精确边缘检测、定位和尺寸测量等项目。这种打光方式的优点是光线的平行性好，图像效果理想，测量精准度高，准确稳定；缺点是本身结构复杂，成本高，对其它硬件配套要求比较高，安装调试要求也比较高。漫射无影光的应用：此类光源大部分为二次光源，例如球积分光源采用的半球状的漫反射面，将底部环形光反射到光源出光口，面分布均匀性、方向均匀性好，可以将表面不平整，曲面照射出比较均匀的效果；其它类型的无影光大都是采用特制的扩散板，在其表面将透射光线散射，获得面分布和方向分布都比较均匀的光场。主要应用于不平整物体轮廓检测、定位、尺寸测量，弧形表面严重缺陷检测、表面雕刻、印刷图案识别与缺陷检测等项目。优点是整体均匀性好、效果稳定。常用的光源有球积分光源、方形无影光、环形无影光等等。