3.1 简介
什么是光源呢？光源指的是“能发出可见光的物体，如太阳、灯、火等。物理学上指能发出电磁波的物体”。简单理解下即可，我们更感兴趣的是在视觉系统应用中，什么样的光源才是“好”光源。只有知道什么样的光源是好的光源，我们才能正确地进行光源选型。下面，我们给出几条“好”光源的标准：
- 1. 将ROI区域（感兴趣区域）和其余部分的灰度值差异加大
- 2. 弱化非ROI区域
- 3. 光照强度要足够，提高信噪比，方便图像处理
- 4. 稳定且寿命长
- 5. 成本低
- 6. 光源的均匀性要好
上面6点中，第3、4、5、6点是光源自身的性能要求，和检测对象无关。至于第1点和第2点，除了和光源自身有关，还和检测对象有关，需要选择不同种类的光源。
目前市面上常见的光源种类主要有：LED灯、卤素灯、荧光灯、白炽灯等。这里，我们可以简单地选择LED灯即可（大部分情况下，LED优势很大）。
在进一步的选型讨论之前，我们先来学习下和光源相关的一些基本概念：显色性、色温、波长、发光强度、光照强度、光通量、相邻色和互补色。
- • 显色性：光源对物体的显色能力，使用显色指数(Ra)表示，最高为100。
- • 色温：表示光线中包含颜色成分的一个计量单位。
- • 波长：波在一个振动周期内传播的距离。
- • 发光强度：简称光强，表示光源在单位立体角内光通量的多少。
- • 光通量：人眼能感觉的辐射功率，单位为“流明“，符号lm。
- • 照度：单位面积上所接收可见光的光通量，单位为流明/平方米，或者称Lux/lx。
- • 相邻色和互补色：相邻色是在色环上相邻/同种的颜色，叠加后在黑白相机中呈现浅色。互补色是在色环上相对的颜色，叠加后在黑白相机中呈现深色。色环图如下所示：
3.2 打光方式
打光方式主要分为如下几种：背部打光、高角度打光、低角度打光和投射打光。
- • 背部打光：待检测物体在光源和相机之间。在最终的图像中，会清晰地显示物体的外轮廓。可以用来检测物体的尺寸、检测物体的放置方向、检测是否存在孔和间隙。
- • 高角度打光：光线方向和待检测表面所成夹角比较大。高角度打光时，表面平滑的部分在图像中显示偏亮，表面结构复杂的地方，如划伤、凹痕，在图像中显示偏暗。
cvtutorials.com注释：高角度打光时候，表面平滑的部分会发生镜面反射，反射的光线会进入到相机镜头中，所以看起来比较明亮。表面结构复杂的部分会发生漫反射，只有部分光线会反射到相机镜头中，所以在图像中显示偏暗。初见高角度打光这种打光方式时，我突然就联想到了初中物理中曾经做过的一个题目，迎着月亮和背着月亮，如何分辨水坑和正常道路，背后的原理是类似的。
- • 低角度打光：光线方向和待检测表面所成夹角比较小。低角度打光时，表面平滑的部分在图像中显示偏暗，表面结构复杂的地方，如划伤、凹痕，在图像中显示偏亮。
cvtutorials.com注释：理解镜面反射和漫反射的概念后，你可以自己尝试给出平滑偏暗、划伤偏亮背后的原因。
- • 透射打光：待检测物体在光源和相机之间，待检测物体是半透明或者透明的。
3.3 光源配件
- • 滤镜：在镜头前面加上滤镜可以允许一个波段的光通过滤镜，同时阻断一定波长的光通过。滤镜的选型基本步骤如下：
- 1. 选择镜头口径尺寸适配的滤镜尺寸
- 2. 选择允许通过光源的波段
- 3. 选择合适的滤镜型号
- • 棱镜：棱镜是“一种由两两相交但彼此均不平行的平面围成的透明物体，用以分光或使光束发生色散”。棱镜常见的分类方式如下：色散棱镜、偏转棱镜、旋转棱镜和偏移棱镜。使用棱镜的一个场景是可以几乎同时看到一个6面体的5个面。
- • 偏光器：在光源的出光位置安装偏振片，可以将光源发射的光转换为线偏振光。在镜头前面加上偏振镜，将其旋转到合适的方向，可以有效地消除高反光，增强图像的对比度。实际工业应用场景中，尤其是在待检测对象表面光滑高反光的情况下，目标物体表面常常会出现光斑，会严重干扰图像的成像质量，可以使用偏光器提高成像质量。
- • 光源延长线：购买光源之前，最好考虑实际场景，选择光源延长线作为附件，会为后面省下一些麻烦。
- • 光源控制器：光源控制器有手动调节方式，也有程序控制方式，可以在视觉算法验证阶段使用手动调节方式选择合适的参数，然后使用程序进行频闪拍照，常用的控制方式为RS232。
3.4 光源选型经验
一般来说，光源生产商为了销售自家的产品，会在产品手册上标注某光源产品适用的场景，这是从光源到应用场景的一对多的映射。但是从用户角度而言，更需要根据实际应用场景缩小光源的选择范围，所以，我这里给出应用场景到光源的一对多的映射。
通用需求场景：
- • 二维码识别：高角度环形光、同轴光源
- • 损伤和赃物检测：高角度环形光
- • 字符识别：高角度环形光
- • 边缘识别：低角度环形光
- • 金属表面划伤、损伤检测：低角度环形光、低角度漫射无影光源、方形漫射无影光源
- • 高反光表面划伤检测：同轴光源
- • 大面积颜色识别：开孔背光
- • 大面积产品定位：开孔背光
- • 尺寸测量：背光源
具体行业应用场景：
- • 太阳能电池板尺寸测量：导光型背光
- • 芯片、硅片的破损检测、字符检测：同轴光源、环形光源
- • 显示屏缺陷检测：同轴光源
- • 电路板字符识别：同轴光源
- • 电路板焊锡检测：AOI光源
- • 手机类涂胶检测：同轴光源
- • 手机类背表面缺陷检测：线光源
- • 液晶面板灰尘检测：线光源
- • 布匹印花缺陷检测：线光源
- • O型圈外观检测：低角度环形光
- • 机器人定位抓取：大颗粒条形光源
- • 汽车行业零部件的有无检测：大颗粒条形光源、漫反射条光源
- • 发动机涂胶检测：开孔背光
