目录
一、光源相关知识
1、光的作用
1）照明、提供亮度；
2）提高背景和前景的对比度，凸出特征；
3）避免环境光的干扰，保证图像质量的稳定性；
4）用作测量光的参照物
照明系统是机器视觉系统最为关键的部分之一。目前尚未有通用的机器视觉照明设备。因此，针对每个特定的案例，要设计合适的照明装置，以达到图像处理最佳效果。
2、光的颜色
光三原色：能匹配出所有颜色的三种颜色称为三原色。 RGB又称色光三原色（加色法原理），即红（Red）、绿（Green）、蓝（Blue）。不同波长的光线呈现不同的颜色。波长决定特定颜色的特征。
3、光的互补色与对比色
色环：为了方便应用，可以把可见光波段的颜色首尾相接组成一个圆环，也就是所谓的色环。
相邻色：色环中距离比较近的颜色为相近色或者相邻色；
互补色：关于圆环中心对称的为互补色；
对比色：离的比较远的为对比色。
1）使用物体本色或者相邻色进行照射时，物体在图像中的亮度会相对比较亮，因为相邻色或者本色的波长相近，这样的话光线打在物体上时，物体反射最多的颜色就是相邻色，其他颜色都被吸收或者散射掉了；
2）如果使用对比色或者互补色光照，则会使物体在图像中显得比较暗。因为对比色会被物体吸收，导致反射出来的光线非常有限，使得物体很暗；
二、光源的种类
1、光源的种类
机器视觉常用的光源主要有：荧光灯、卤素灯、LED。
1）卤素灯——高亮度应用；
2） 荧光灯——色还原性好——色彩检测；
3）LED灯技术发展很快，也因其寿命长，亮度稳定，可构成不同形状的光谱，可频闪和低功耗等，逐渐在机器视觉使用的光源中占主导地位。
2、LED灯光源的种类（按形状分）
主要有同轴光、环形光、背光源、条形光、球积分光源等
1）环形光
1、 环形光源提供不同角度照射，能 突出物体的三维信息 ，有效解决 对角照射阴影 问题2、 高密度LED阵列，高亮度；多种紧凑设计，节省安装空间。3、应用：IC 元件检测 、 显微镜照明 、 球形物体照明 、 液晶校正 、 集成电路印字检测
2）条形光
3）同轴光
原理：通过垂直墙壁出来的变化发散光，射到一个使光向下的分光镜上，相机从上面通过分光镜看物体。
适用范围：
1）表面反光极高的物体（金属表面，手机屏等）表面微小凹坑、划痕、裂纹、毛刺、凸起等缺陷的检测；
2）表面由反射、吸收特性不同的材料组成的目标物体的检测。
•普通照明拍摄的图片缺陷不明显， 缺陷部分与正常部分颜色相近，对比度不够。
•同轴光采用直射照明，当光线照射到光滑的金属平面时, 光线垂直反射到摄像机，因此， 在图像中形成明亮的区域。
•如果工件存在缺损， 锈迹等缺陷时， 表面不平整， 不能将同轴光线反射至摄像机， 因此，不能在图像中形成明亮的区域
4）背光源
主要用于轮廓的检测，以及一些透明物体的内部不透明体等检测
从物体背面射过来均匀视场的光，通过相机可以看到物面的侧面轮廓。可以用高密度LED阵列面提供高强度背光照明。
背光照明的主要应用：外形轮廓提取、透明体内部不透明体检测。
5）球积分光源
3、光源的分类（按颜色分）
红外光、紫光、偏振光
1）红外光
颜色过滤、穿透力强
以下参考：https://www.pomeas.cn/newsview/461.html
①消除反射使用红外光
机器视觉系统依靠数字图像中的灰度级转化。在许多视觉应用当中，环境光带来了不想要的亮反射，这样使得检测感兴趣特征变得困难或不可能。红外光就能解决这个问题。
原因：至于为什么可以消除反射，我的理解是因为红外光是波长最长的光，最容易被感光元件发现和接收，因此直接用红外光进行照射的话，相机接收到的都是红外光，消除了环境光的干扰，然后再灰度化就可以得到比较好的目标图像。
②使用红外光消除颜色差异
红外光能用于在彩色对象之间消除灰度差别。暗对象吸收红外波长，创造出一致性，而其它则呈现阴影。这个照明方案有利于检测颜色或阴影变化的非一致性。
原理和①一样
2）紫外光
紫外光的主要应用:荧光检测、涂胶检测、油污检测、微粒检测。
3）偏振光——不太理解
高质量采图是产片检测过程中最为关键的一步，而采用偏振片，在某些场合能大大提升图像质量，达到检测的目的。
偏振片由二向色性材料制成，当光通过偏振片时，振动方向相当于传播方向的不对称性。
常用于摄影中
三、光源打光的方式（以环形光为例）
反射光与光源角度相同。明场：光线反射后进入照相机。暗场：光线反射后未进入照相机。
1、明场照明——高角度
光源在两倍视距组成的W内
高角度光源提供高角度照射、不同颜色组合，更能突出物体的物体表面信息，测量、光滑表面雕刻图案、裂缝、划伤、低反光与高反光区域分离等
1.对形成高对比度有益，但反光表面会生成镜面反射；
2.光源范围应在照相机透镜视野的两倍处；
3.避免 “热点”: 漫射光源在明场提供均匀照明。
4、在凹凸不平的地方呈现暗色
2、暗场照明（低角度照明）
提供低角度照射、更能突出物体的物体表面轮廓边缘有倒角、圆角物体轮廓提取、浮雕图案识别与检测，光滑表面划伤、裂痕检测。
1.漫射光被反射进入照相机但镜面反射光线被反射离开；
2.光源在“W”之外 ；
3.除有纹理的表面和凸高变化的表面之外，光线被反射而不进入照相机。
4、在凹凸不平的地方呈现亮色
四、一些案例
案例1：在玻璃中检测裂痕使用非漫射光
检测目的：检测玻璃容器上的裂痕，划痕
照明技术：暗场
在这个应用当中，用暗场照明来创立一个明亮的，在暗背景下容易检测的感兴趣特征。在一个暗场区域中光线直接通过透明的瓶子。大多数穿透透明对象的光线不会被相机检测到。如果材料不规则，比如有裂纹，一些光线就会凸显出这个不规则。特别是划痕创立了一个内部空缺，这里光线折射和反射，以许多角度散射包括返回给相机。这些光线将很难检测的划痕转换到暗背景下的亮特征。
案例2： 使用颜色创造对比度
在机器视觉应用中创造一个高对比度图像的一个有用的方法是用特殊波长（彩色）的光照明物体。对于黑白相机来讲，光的波长能使得跟彩色一样的特征变亮或变暗。使用彩色轮子作为参考，选择一个相反颜色的光来使得特征变暗；或选相同颜色的光使得特征变亮。例如：
1. 如果你想变暗的特征是红色，则使用绿光；
2. 使用绿光能使得绿色特征呈现更亮；
3. 记住铝上刻印在红光和蓝光下的区别。
案例3： 消除反射使用红外光
机器视觉系统依靠数字图像中的灰度级转化。在许多视觉应用当中，环境光带来了不想要的亮反射，这样使得检测感兴趣特征变得困难或不可能。红外光就能解决这个问题。
案例4：使用红外光消除颜色差异
红外光能用于在彩色对象之间消除灰度差别。暗对象吸收红外波长，创造出一致性，而其它则呈现阴影。这个照明方案有利于检测颜色或阴影变化的非一致性。
如何为自己的机器视觉系统选择合适的照明方案，需要从多方面来考虑，可以结合实际情况运用到自己的视觉方案中，相信会事半功倍！