机器视觉光源照明设计基本要素

，并分析光源入射的反映。

　　控制反射：本文前面提到了，如果反射光可以控制，图像就可以控制了。这点再怎么强度也不为过。因此在涉及机器视觉应用的光源设计时，最重要的原则就是控制好哪里的光源反射到透镜及反射的程度。机器视觉的光源设计就是对反射的研究。在视觉应用中，当观测一个物体以决定需要什么样的光源的时候，首先需要问自己这样的问题："我如何才能让物体显现?""我如何才能应用光源使必须的光反射到镜头中以获得物体外表?" 影响反射效果的因素有：光源的位置，物体表面的纹理，物体表面的几何形状及光源的均匀性。 光源的位置：既然光源按照入射角反射，因此光源的位置对获取高对比度的图像很重要。光源的目标是要达到使感兴趣的特征与其周围的背景对光源的反射不同。预测光源如何在物体表面反射就可以决定出光源的位置。

　　表面纹理：物体表面可能高度反射(镜面反射)或者高度漫反射。决定物体是镜面反射还是漫反射的主要因素是物体表面的光滑度。一个漫反射的表面，如一张不光滑的纸张，有着复杂的表面角度，用显微镜观看的时候显得很明亮，这是由于物体表面角度的变化而造成了光源照射到物体表面而被分散开了。而一张光滑的的纸张有光滑的表面而减小了物体表面的角度。光源照射到光源的表面并按照入射角反射。

　　表面形状：一个球形表面反射光源的方式与平面物体不近相同。物体表面的形状越复杂，其表面的光源变化也随之而复杂。对应一个抛光的镜面表面，光源需要在不同的角度照射。从不同角度照射可以减小光影。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应该是均匀的。简单的说，图像中暗的区域就是缺少反射光，而亮点就是此处反射太强了。不均匀的光会使视野范围内部分区域的光比其他区域多。从而造成物体表面反射不均匀(假设物体表面的对光的反射是相同的)。

　　均匀的光源会补偿物体表面的角度变化，即使物体表面的几何形状不同，光源在各部分的反射也是均匀的。 光源技术的应用：光源技术是设计光源的几何及位置以使图像有对比度。光源会使那些感兴趣的并需要机器视觉分析的区域更加突出。通过选择光源技术，应该关心物体使如何被照明及光源是如何反射及散射的。

　　1 光源照明设计的基本因素

　　主要有4个基本因素要重点考虑：

　　1.1 镜头的视场

　　在照明系统的设计中，应根据被测对象的尺寸确定镜头的视场。而后，再根据镜头视场的大小决定最佳的照明系统。

　　1.2 照明系统与工件的间距

　　在设计系统中，需全面的了解镜头到工作的距离，照明系统到工件的距离，从而确定光源与工件的距离。

　　1.3 工件的外形、条件和颜色

　　照明的选择是由工件表面的形状、平坦度、光滑程度等条件决定的。最佳的照明颜色(红、兰、绿、白)可通过检测工作或被检测区域的颜色来决定。

　　1.4 成像物镜

　　一般情况下，应针对确定的成像物镜进行照明系统的设计，其检验标准为：工件中需要可视化的部分、划痕、缺陷等是否被显现出来，工件表面上的印纹是否能够辨认等。

        2 突显不同区域的方法

　　2.1 反射系数

　　从物体反射出的光量是可以度量的。有两种不同的反射方法：

　　a) 镜面反射：入射角等于出射角。

　　b) 漫反射：由于物体表面不平，出射光方向各异。

　　2.2 颜色

　　也就是光谱分布，我们从三个角度来衡量颜色：

　　a) 波长：比如绿光的波长为550nm。

　　b) 两种或两种以上光波的混合比：混合的目的是为了产生另一种光。比如黄光(波长620nm)和蓝光(波长480nm)混合在一起便会成为绿光，然而实际上，光谱的分布中并没有绿光的分布。

　　c) 补色：从白光中移除的那部分光与剩余的光互为补色光。比如，白色金属铁和黄色金属金颜色不同并不是金反射的黄光比铁多，而是反射的蓝光比铁少。白光中去除蓝光即为黄光。

　　2.3 光密度

　　由于不同物体材料、厚度和化学性质不同，所以投射光的数量和强度也不同。光密度会在整个光谱范围不同，或者只在某一个范围不同。一般来说，背光是鉴别光密度不同的最好方法。

　　2.4 折射

　　不同透明物质折射率不同，所以它们会以不同的方式影响光的传播。比如，空气气泡混合在玻璃里面，当光线直射时，会出现或明或暗的气泡边缘。

　　2.5 纹理

　　物体表面纹理有些是可辨识的，有些是过于微小无法处理的，但是它会影响光线的反射。有些情况下，纹理非常重要，必须用光源来突出它;而另外一些情况下，纹理则相当于噪声，必须用光源来突出其它而弱化纹理。

　　2.6 深度

用直射光可以突出物体