光(guang)源(yuan)(yuan)是機(ji)(ji)器視(shi)覺(jue)(jue)系(xi)(xi)統(tong)(tong)中重要(yao)(yao)的(de)(de)組件之一，一個(ge)合(he)適的(de)(de)光(guang)源(yuan)(yuan)是機(ji)(ji)器視(shi)覺(jue)(jue)系(xi)(xi)統(tong)(tong)正(zheng)常運行的(de)(de)必備條件。因此，機(ji)(ji)器視(shi)覺(jue)(jue)系(xi)(xi)統(tong)(tong)光(guang)源(yuan)(yuan)的(de)(de)選擇是非常重要(yao)(yao)的(de)(de)。使(shi)用(yong)光(guang)源(yuan)(yuan)的(de)(de)目的(de)(de)是將被測(ce)物體與背景盡量明顯分(fen)別，獲得高品質、高對(dui)比度的(de)(de)圖像(xiang)。光(guang)源(yuan)(yuan)是機(ji)(ji)器視(shi)覺(jue)(jue)獲取(qu)圖像(xiang)的(de)(de)基(ji)礎，通過對(dui)光(guang)源(yuan)(yuan)的(de)(de)改進與設計可以高效(xiao)(xiao)的(de)(de)提取(qu)出所需目標信息，極大地提高圖像(xiang)處(chu)(chu)理和識別的(de)(de)效(xiao)(xiao)率(lv)，提高系(xi)(xi)統(tong)(tong)測(ce)量精度和可靠性；反之，光(guang)源(yuan)(yuan)的(de)(de)錯誤(wu)使(shi)用(yong)則(ze)會造(zao)成圖像(xiang)處(chu)(chu)理復雜(za)度提高，系(xi)(xi)統(tong)(tong)效(xiao)(xiao)率(lv)低下。

一般的(de)(de)機器(qi)視(shi)覺檢(jian)測系(xi)統包括照(zhao)明系(xi)統、圖(tu)像傳(chuan)感(gan)器(qi)、圖(tu)像采集卡(ka)以(yi)及圖(tu)像處理系(xi)統。近些年隨(sui)著高分(fen)辨率(lv)、高集成(cheng)(cheng)度圖(tu)像傳(chuan)感(gan)器(qi)產業(ye)的(de)(de)成(cheng)(cheng)熟，低價格獲(huo)取高質量(liang)標準化(hua)的(de)(de)圖(tu)像傳(chuan)感(gan)器(qi)成(cheng)(cheng)為容(rong)易之(zhi)事，加(jia)上計算機科學技(ji)術，信息處理設備(bei)的(de)(de)微型化(hua)、便攜化(hua)，通過直(zhi)接的(de)(de)“拍照(zhao)”快速獲(huo)取信息的(de)(de)方式正逐漸深入到各行各業(ye)，尤其(qi)是批量(liang)作業(ye)、危險工作環境(jing)。

機器視覺中(zhong)評價光(guang)(guang)源質量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)指(zhi)(zhi)標有光(guang)(guang)通(tong)量(liang)(liang)、照(zhao)(zhao)度(du)、亮(liang)(liang)度(du)、色(se)溫、顯色(se)性、壽命等。其中(zhong)，照(zhao)(zhao)度(du)、亮(liang)(liang)度(du)都是(shi)衡量(liang)(liang)光(guang)(guang)源強度(du)的(de)(de)(de)(de)指(zhi)(zhi)標，是(shi)兩個既關(guan)(guan)聯又(you)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)物(wu)理(li)量(liang)(liang)。亮(liang)(liang)度(du)：指(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)是(shi)人在看光(guang)(guang)源時，眼睛感覺到的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)亮(liang)(liang)度(du)，更(geng)側重的(de)(de)(de)(de)是(shi)人的(de)(de)(de)(de)感受(shou)程度(du)。我們(men)(men)常(chang)說(shuo)一個地方很亮(liang)(liang)而不(bu)會(hui)說(shuo)很“照(zhao)(zhao)”，就(jiu)(jiu)是(shi)人的(de)(de)(de)(de)感受(shou)，指(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)就(jiu)(jiu)是(shi)這個地方的(de)(de)(de)(de)物(wu)品被(bei)(bei)照(zhao)(zhao)射(she)(she)(she)后，反射(she)(she)(she)到我們(men)(men)眼中(zhong)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)線相對多(duo)。指(zhi)(zhi)定(ding)方向上(shang)(shang)光(guang)(guang)源光(guang)(guang)通(tong)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)多(duo)少(shao)是(shi)決(jue)定(ding)性因(yin)素，指(zhi)(zhi)定(ding)方向上(shang)(shang)光(guang)(guang)源的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)通(tong)量(liang)(liang)多(duo)，亮(liang)(liang)度(du)就(jiu)(jiu)高。照(zhao)(zhao)度(du)：指(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)是(shi)光(guang)(guang)源照(zhao)(zhao)射(she)(she)(she)到樣品上(shang)(shang)，單位(wei)被(bei)(bei)照(zhao)(zhao)射(she)(she)(she)面積(ji)(ji)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)通(tong)量(liang)(liang)，指(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)是(shi)有多(duo)少(shao)能量(liang)(liang)發射(she)(she)(she)到被(bei)(bei)照(zhao)(zhao)的(de)(de)(de)(de)物(wu)品表面。單位(wei)被(bei)(bei)照(zhao)(zhao)射(she)(she)(she)面積(ji)(ji)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)通(tong)量(liang)(liang)多(duo)，照(zhao)(zhao)度(du)就(jiu)(jiu)高。兩者的(de)(de)(de)(de)關(guan)(guan)聯是(shi)影響光(guang)(guang)源亮(liang)(liang)度(du)及照(zhao)(zhao)度(du)高低的(de)(de)(de)(de)物(wu)理(li)量(liang)(liang)是(shi)共同(tong)的(de)(de)(de)(de)，即：光(guang)(guang)通(tong)量(liang)(liang)。

不同點是：影響光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)亮度(du)(du)的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)通(tong)量(liang)，是光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)表面指定方向(xiang)輻(fu)射出(chu)來的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)通(tong)量(liang)的(de)多(duo)少；影響光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)照(zhao)度(du)(du)的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)通(tong)量(liang)，是光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)輻(fu)射到(dao)樣(yang)(yang)品(pin)上的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)通(tong)量(liang)的(de)多(duo)少。兩者表述(shu)不同，受外界影響因素也(ye)不同。同一只光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)，指定方向(xiang)上光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)表面輻(fu)射出(chu)來的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)通(tong)量(liang)、與光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)輻(fu)射到(dao)樣(yang)(yang)品(pin)上的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)通(tong)量(liang)是不相(xiang)等的(de)。

特別(bie)說明：光(guang)(guang)(guang)(guang)源的(de)(de)亮(liang)(liang)度(du)視(shi)覺(jue)感(gan)，有時(shi)受(shou)色溫影響較大。在光(guang)(guang)(guang)(guang)通(tong)量(liang)相同(tong)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)源中，色溫高的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)源會產生亮(liang)(liang)度(du)高的(de)(de)錯(cuo)誤的(de)(de)視(shi)覺(jue)感(gan)。這種(zhong)“高亮(liang)(liang)度(du)”光(guang)(guang)(guang)(guang)源，光(guang)(guang)(guang)(guang)效并不一(yi)定比其(qi)它光(guang)(guang)(guang)(guang)源高，只是(shi)(shi)一(yi)種(zhong)刺眼(yan)的(de)(de)“虛(xu)假亮(liang)(liang)”。亮(liang)(liang)度(du)指進入人眼(yan)中被感(gan)受(shou)到(dao)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)線(xian)(xian)強度(du)，照度(du)是(shi)(shi)指被照射(she)(she)面得到(dao)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)數量(liang)，從機(ji)器(qi)視(shi)覺(jue)應用(yong)的(de)(de)照明方式來(lai)分析(xi)，背光(guang)(guang)(guang)(guang)源照明方式是(shi)(shi)相機(ji)接收到(dao)的(de)(de)背光(guang)(guang)(guang)(guang)源直接射(she)(she)入鏡(jing)頭的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)線(xian)(xian)，如(ru)下圖(tu)

此(ci)時(shi)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)(ji)相(xiang)(xiang)(xiang)當于人眼，接收到的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)直(zhi)接入(ru)射到相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)強(qiang)，與亮度(du)表(biao)達(da)的(de)(de)(de)(de)概念(nian)相(xiang)(xiang)(xiang)符，因(yin)此(ci)經(jing)理(li)論分析亮度(du)是(shi)(shi)評(ping)價此(ci)種光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)最(zui)佳指標(biao)。而(er)其他(ta)照(zhao)明光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)例(li)如環光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)，相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)(ji)接收到的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)照(zhao)射到被測(ce)樣品后(hou)的(de)(de)(de)(de)反(fan)射光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)。相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)(ji)接收到的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)照(zhao)射到樣品上反(fan)射的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)，與照(zhao)度(du)表(biao)達(da)的(de)(de)(de)(de)概念(nian)相(xiang)(xiang)(xiang)符，因(yin)此(ci)照(zhao)度(du)是(shi)(shi)評(ping)價除(chu)背光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)外其他(ta)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)是(shi)(shi)最(zui)佳的(de)(de)(de)(de)指標(biao)。

機(ji)器(qi)視(shi)覺有三(san)大(da)技(ji)術即(ji)采像技(ji)術，處理技(ji)術，運(yun)動(dong)控制(zhi)技(ji)術，而采像技(ji)術離不(bu)開光(guang)(guang)源，光(guang)(guang)源的選擇及其(qi)性能直接影響系統的成敗，影響處理精度和速(su)度。光(guang)(guang)源一般(ban)分為(wei)可見光(guang)(guang)源和不(bu)可見光(guang)(guang)源。可見光(guang)(guang)源主要(yao)分為(wei)三(san)種，高頻(pin)熒(ying)光(guang)(guang)燈(deng)、鹵素(su)燈(deng)和LED光(guang)(guang)源；不(bu)可見光(guang)(guang)源主要(yao)為(wei)近紅外光(guang)(guang)、紫外光(guang)(guang)、X射線等。

LED光源是目(mu)前運用最多的機器視覺光源，它具有效率(lv)高、壽(shou)命(ming)長(chang)、防(fang)潮防(fang)震、節能(neng)環(huan)保等(deng)特點，相(xiang)對高頻熒(ying)光燈和鹵素燈，具有更高的性價比。不可見(jian)光源主要用來應(ying)對一(yi)些特定的需求，如管(guan)道焊接工藝的檢測(ce)，由(you)不可見(jian)光的可穿透性，可達到檢測(ce)點。

光源選擇關(guan)鍵(jian)性能指標

1、亮(liang)(liang)(liang)度(du)：在兩種光(guang)(guang)(guang)源中(zhong)選擇(ze)時，最(zui)佳的(de)(de)選擇(ze)是更(geng)亮(liang)(liang)(liang)的(de)(de)那(nei)個。當(dang)光(guang)(guang)(guang)源不夠亮(liang)(liang)(liang)時，可能(neng)有三種不好的(de)(de)情(qing)況會出現(xian)。第(di)(di)一，工業相機的(de)(de)信噪比不夠，由于(yu)光(guang)(guang)(guang)源的(de)(de)亮(liang)(liang)(liang)度(du)不夠，圖像的(de)(de)對比度(du)必然不夠，在圖像上出現(xian)噪聲的(de)(de)可能(neng)性也隨即增大(da)。第(di)(di)二，光(guang)(guang)(guang)源的(de)(de)亮(liang)(liang)(liang)度(du)不夠，必然要(yao)加大(da)光(guang)(guang)(guang)圈，從而減小了(le)景(jing)深。第(di)(di)三，當(dang)光(guang)(guang)(guang)源的(de)(de)亮(liang)(liang)(liang)度(du)不夠的(de)(de)時候，自(zi)然光(guang)(guang)(guang)等隨機光(guang)(guang)(guang)對系(xi)統的(de)(de)影(ying)響會最(zui)大(da)。

2、光(guang)(guang)源均勻(yun)(yun)(yun)(yun)性(xing)：不均勻(yun)(yun)(yun)(yun)的(de)光(guang)(guang)會造成不均勻(yun)(yun)(yun)(yun)的(de)反(fan)射。均勻(yun)(yun)(yun)(yun)關系到三個(ge)方(fang)面。第一，對于視野，在攝像頭視野范圍部(bu)分(fen)(fen)(fen)應該是(shi)均勻(yun)(yun)(yun)(yun)的(de)。簡單地說，圖像中暗的(de)區域就是(shi)缺少反(fan)射光(guang)(guang)，而亮點就是(shi)此(ci)處反(fan)射太強了。第二，不均勻(yun)(yun)(yun)(yun)的(de)光(guang)(guang)會使(shi)(shi)視野范圍內部(bu)分(fen)(fen)(fen)區域的(de)光(guang)(guang)比其(qi)他區域多。從(cong)而造成物體表面反(fan)射不均勻(yun)(yun)(yun)(yun)（假(jia)設物體表面的(de)對光(guang)(guang)的(de)反(fan)射是(shi)相同的(de)）。第三，均勻(yun)(yun)(yun)(yun)的(de)光(guang)(guang)源會補償物體表面的(de)角度變化，即使(shi)(shi)物體表面的(de)幾何(he)形狀不同，光(guang)(guang)源在各部(bu)分(fen)(fen)(fen)的(de)反(fan)射也是(shi)均勻(yun)(yun)(yun)(yun)的(de)。

3、光譜特征：光源的顏色(se)及測量物體(ti)表面的顏色(se)決定了反射到攝像頭的光能(neng)(neng)的大小及波長。白光或某種(zhong)特殊的光譜在(zai)提取其他(ta)顏色(se)的特征信息時(shi)可能(neng)(neng)是(shi)比(bi)(bi)較重要(yao)的因素(su)(su)。當分析多顏色(se)特征的時(shi)候，選(xuan)擇光源的時(shi)候，色(se)溫是(shi)一個比(bi)(bi)較重要(yao)的因素(su)(su)。

4、壽命特性：光源一(yi)般需(xu)要持(chi)續使用。為使圖(tu)像處理保持(chi)一(yi)致的精確，視覺系統必須(xu)保證長時間獲得(de)穩定(ding)一(yi)致的圖(tu)像。

5、對比度(du)(du)(du)：對比度(du)(du)(du)對機器(qi)視覺來說非常重(zhong)要(yao)。機器(qi)視覺應用(yong)的(de)(de)(de)照明的(de)(de)(de)最重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)任務就(jiu)是使需(xu)要(yao)被觀察的(de)(de)(de)特(te)征(zheng)與需(xu)要(yao)被忽略(lve)的(de)(de)(de)圖(tu)像特(te)征(zheng)之(zhi)間產(chan)生最大的(de)(de)(de)對比度(du)(du)(du)，從而(er)易于特(te)征(zheng)的(de)(de)(de)區(qu)分。對比度(du)(du)(du)定義(yi)為(wei)在特(te)征(zheng)與其周圍的(de)(de)(de)區(qu)域之(zhi)間有足(zu)夠的(de)(de)(de)灰度(du)(du)(du)量區(qu)別(bie)。好(hao)的(de)(de)(de)照明應該能夠保證需(xu)要(yao)檢測的(de)(de)(de)特(te)征(zheng)突(tu)出(chu)于其他背景(jing)。

幾種常見光源

一、白熾燈

1、工(gong)作原理：白(bai)(bai)熾燈又叫做鎢絲燈。電流通(tong)過燈絲時產生大量熱量，使得燈絲的(de)溫度(du)達2000攝氏度(du)以上并(bing)處于(yu)白(bai)(bai)熾狀(zhuang)態，故稱之為白(bai)(bai)熾燈。

2、優點：白熾(chi)燈最接近于太陽光，顯色性(xing)很(hen)好(hao)，顯色指數99～100；價格便宜。

3、缺(que)點(dian)：白熾燈所消耗的(de)電能只有約10%可(ke)轉化為光(guang)能，而其余部分都以熱(re)能的(de)形式散失了，而且(qie)使用壽命通常不會超過1000小時。兩個詞(ci)：不節能，壽命短。

小結：白熾燈雖然(ran)價格便宜顯(xian)色好(hao)，但是耗電(dian)量(liang)大(da)壽(shou)命短，電(dian)能大(da)部分用于發(fa)熱，性能遠低(di)于新一代的新型(xing)光源，已被要求漸漸退出市場。

二、鹵(lu)素燈（俗稱燈杯(bei)、杯(bei)燈、射燈）

大(da)部分家庭常用(yong)的(de)射燈，就(jiu)是(shi)用(yong)的(de)這種燈杯。

1、工作(zuo)原理(li)：白熾燈(deng)的(de)(de)一個變種，原理(li)是在燈(deng)泡內注入碘或(huo)溴等鹵素(su)氣體，在高(gao)溫下，升(sheng)華的(de)(de)鎢(wu)絲與(yu)鹵素(su)進行化學作(zuo)用(yong)，冷(leng)卻(que)后的(de)(de)鎢(wu)會重新凝固在鎢(wu)絲上，形(xing)成平衡的(de)(de)循環，避免鎢(wu)絲過早斷裂。因此鹵素(su)燈(deng)泡比白熾燈(deng)更(geng)長壽。

2、優點：也比(bi)較(jiao)(jiao)接(jie)近于(yu)日光(guang)的連續(xu)光(guang)譜(pu)，顯(xian)色(se)性(xing)(xing)很(hen)好，顯(xian)色(se)指數95以(yi)上；價格也比(bi)較(jiao)(jiao)便(bian)宜(yi)。體積(ji)小，控(kong)光(guang)性(xing)(xing)好，所(suo)以(yi)適合投射性(xing)(xing)的照明場合。

3、缺點：不改(gai)白熾燈(deng)本質(zhi)，還是發熱發光，大部分以(yi)熱量(liang)方式散失掉，光轉化效率(lv)不高。壽命(ming)提(ti)高到2000-4000小時，還不錯。

三、日光燈（俗稱燈棒）

1、工作原理：日光(guang)燈又叫做熒(ying)光(guang)燈。日光(guang)燈燈管(guan)內充有(you)氬氣和少量的汞，燈管(guan)內壁涂(tu)有(you)熒(ying)光(guang)粉。日光(guang)燈在氣體放電的過程釋(shi)放出(chu)紫(zi)外光(guang)，熒(ying)光(guang)粉吸收紫(zi)外光(guang)后釋(shi)放出(chu)可見光(guang)。

2、優點：效率的(de)革命，熒(ying)光燈的(de)發光效率比(bi)白熾燈高。

3、缺點(dian)：顯色相對較差(cha)，尤其早期的非三(san)基(ji)色粉熒光(guang)燈(deng)。熒光(guang)燈(deng)含(han)有(you)汞等有(you)害(hai)(hai)元(yuan)素，具有(you)一定的危(wei)害(hai)(hai)環境。另外(wai)紫(zi)外(wai)輻(fu)射和頻閃現(xian)象，也會對人的眼睛(jing)造成傷(shang)害(hai)(hai)。

四、汞燈

1.工作原理：利用汞放(fang)電時產生汞蒸氣獲得可(ke)見(jian)光的(de)電光源(yuan)。汞燈(deng)可(ke)分(fen)為低(di)壓汞燈(deng)、高(gao)(gao)壓汞燈(deng)和超高(gao)(gao)壓汞燈(deng)三(san)種。

2.優點：結構(gou)簡單，低成本(ben)，低維修費用(yong)。可直接取代普通白熾燈(deng)，具有光(guang)效長，壽命長，省電經濟(ji)的特(te)點。

3.缺點：啟動(dong)時間長，二次啟動(dong)要(yao)等燈體冷了才能再亮(liang)。

五、LED燈

1、工作(zuo)原(yuan)理：LED 即發光(guang)二(er)極(ji)管，是一種能夠將電(dian)能轉化(hua)為(wei)可見光(guang)的(de)固(gu)態的(de)半導體器件(jian)，它(ta)可以直接(jie)把電(dian)轉化(hua)為(wei)光(guang)。

2、優點：發光效率比白熾燈(deng)和熒(ying)光燈(deng)都高，理論上壽(shou)命很長，發光可達10萬小時(shi)，實際產品(pin)基本上30000-50000小時(shi)不是問題(ti)，對于家用來說夠(gou)夠(gou)的了；無紫外線和紅外線輻射(she)；不含鉛、汞等污染(ran)元素。

3、缺點：市(shi)場上(shang)的 LED 燈具質量良莠不齊，這(zhe)幾(ji)年(nian)價格殺下來已(yi)經不是(shi)問題(ti)，但是(shi)低價產品(pin)的品(pin)質卻實(shi)在堪憂。

（來源：網絡，版權歸原作者(zhe)，若有侵(qin)權請聯系(xi)刪除）