机器视觉系统中光照方式及应用领域

机器视觉技术的应用中，光照方式起着至关重要的作用。不同的光照方案可以显著提高图像质量，优化缺陷检测过程，从而提升自动化检测系统的性能。常见的光照方式包括同轴光、高角度光、低角度光和背光，本文将探讨每种光照方式具有独特的应用场景和优势及局限性。

01同轴光(Coaxial Light)

工作原理

光源与相机位于同一光轴上，当光线从同一轴线照射物体时，反射回来的光线将直接进入相机，这样可以避免由于表面高低不平或复杂形状导致的阴影问题，提供更均匀的照明效果。

应用领域

同轴光适用于表面缺陷检测，尤其是对于高反射、平整的物体表面。例如，在金属、玻璃或平整光滑塑料表面的缺陷检测中，同轴光能放大细微缺陷，如划痕、裂纹或微小的痕迹。在精密制造领域，尤其是电子组件、光学镜头等高精度产品的检测中，同轴光提供了无阴影、均匀的光照，有助于检测极小的瑕疵。

局限性

在检测表面不规则或具有复杂几何形状的物体时，同轴光的效果可能不佳，因为无法突出物体的立体结构特征。

02高角度光(High Angle Light)

工作原理

高角度光是指光源发出的光线与物体表面形成较大的角度。这种光源通过斜射到物体表面，能够突出表面的微小起伏或纹理。由于光线与表面接触的角度较大，它能够增强表面特征和缺陷的对比度，尤其适合用于观察物体表面的三维结构。

如上图所示，在高角度光源的照射下，硬币的凹凸结构和纹理得以展现。

应用领域

高角度光广泛应用于表面缺陷的检测、纹理分析以及产品表面细节的观察。特别适用于检测金属或塑料表面不规则的磨损、划痕、凹陷或裂纹。在一些如注塑件、铸造件的缺陷检测中，高角度光能够提供更为清晰的表面细节;

局限性

高角度照明能够加强物体表面凹凸不平区域的对比度，适用于要求较高的表面质量检测。然而，它对透明或半透明物体的检测效果不佳，可能无法突出这些物体的细节。

03低角度光(Low Angle Light)

工作原理

与高角度相反，低角度光是指光源发出的光线与物体表面之间的照射角度较小，通常接近被测物表面(光线类似于从侧面扫进去)。低角度光能够突出物体表面的细微凹凸和缺陷，通过增强阴影效果，低角度光能够有助于表面微小瑕疵或颗粒的检测。相较于高角度，低角度光源照射下的硬币，平整表面的凹凸图案以高对比度的暗色背景和明亮的线条所展现。

应用领域

低角度光在一些反射性较强的物体(如金属表面，晶圆表面)的检测中，低角度光能够有效减少反射干扰，提高图像质量。此外，低角度光也适用于检查物体的边缘或轮廓，揭示隐藏的细节。

局限性

低角度光的优势在于能够增强物体表面凹凸部分的对比度，使微小缺陷更为显眼。然而，它也可能导致图像中部分区域过度阴影化，从而无法清晰地显示出物体的整体结构，特别是在高光或反射性较强的物体上。

04背光(Backlighting)

工作原理

背光照明是将光源放置在物体的背后，光线从物体的背面照射过来，透过物体形成阴影，从而显示出物体的轮廓形状，便于算法进一步计算。背光照明适合用于透光性物体的检测，如玻璃瓶内的液位高度检测。也适合对不透明被测物体轮廓检测，如将平行背光源放在在工件后面，测量其孔洞之间的偏差与直径。

应用领域

背光常用于轮廓检测、透明或半透明物体的缺陷识别。对于透明物体，如玻璃、塑料薄膜等，背光能够显示出其中的裂、气泡、污点或其他缺陷。在汽车制造、玻璃切割、纸张生产等行业，背光被广泛用于检测物体的外形、尺寸及内部缺陷。

局限性

背光能够清晰地显示物体的轮廓，特别适合用于尺寸检测、形状分析以及透明物体的缺陷识别。然而，对于不透明或深色物体，背光的效果可能较差，因为这些物体不透光，导致轮廓无法清晰显示。

光照方式是机器视觉系统中不可或缺的组成部分。每种光照方式都有其独特的优势和应用领域。在实际应用中，选择合适的光照方式可以显著提高检测系统的精度和效率。对于某些复杂的检测任务，可能需要将多种光照方式结合使用，以达到最佳效果。