光源的种类

在机器视觉系统中，通过适当的光源照明设计，使图像中的目标信息与背景信息得到最佳分离，可以大大降低图像处理算法分割、识别的难度，同时提高系统的定位、测量精度，使系统的可靠性和综合性能得到提高；反之，如果光源设计不当，会导致在图像处理算法设计和成像系统设计中事倍功半。

因此，光源及光学系统设计的成败是决定系统成败的首要因素。在机器视觉系统中，光源的作用至少有以下几种：

①可以照亮目标，提高目标亮度;

②形成最有利于图像处理的成像效果；

③克服环境光干扰，保证图像的稳定性；

④用作测量的工具或参照。

由于没有通用的机器视觉照明设备，所以针对每个特定的应用实例，要设计其相应的照明装置，以达到最佳的效果。机器视觉系统的光源的价值也正在于此。

通常，光源可以定义为：能够产生光辐射的辐射源。光源一般可分为自然光源和人工光源。自然光源，如天体(地球、太阳、星体)、大气；人工光源是人为将各种形式的能量(热能、电能、化学能)转化成光辐射的器件，其中利用电能产生光辐射的器件称为电光源，根据光源的发光机理不同，可以分为高频荧光灯、卤素灯(光纤光源)、发光二极管(LED)光源、气体放电灯、激光二极管LD。

(1)高频荧光灯

高频荧光灯的发光原理和日光灯类似，只是灯管是工业级产品，并且采用高频电源，也就是光源闪烁的频率远高于相机采集图像的频率，消除图像的闪烁。适合大面积照明，亮度高，且成本较低。但需要隔一定时间换灯管，国外高频灯管最快可做到60kHz。

(2)卤素灯

卤素灯也叫光纤光源，因为光线是通过光纤传输的，适合小范围的高亮度照明。它真正发光的是卤素灯泡，功率很大，可达100多瓦。高亮度卤素灯泡，通过光学反射和一个专门的透镜系统，进一步聚焦提高光源亮度。卤素灯还称为冷光源，因为通过光纤传输之后，出光的这一端是不发热的。适合对环境温度比较敏感的场合，比如二次元量测仪的照明。但它的缺点就是卤素灯泡的寿命只有2000h左右。

(3)发光二极管(LED)光源

LED(Light Emitting Diode)是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的核心是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“PN结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成PN结的材料决定的。LED光源的优点有：体积小，重量轻，便于集成；工作电压低，耗电少，驱动简便，容易实现计算机控制；比普通光源单色性好，有多种颜色可选，包括红、绿、蓝、白，还有红外、紫外，针对不同检测物体的表面特征和材质，选用不同颜色，也就是不同波长的光源，达到理想效果；发光亮度高，发光效率高，亮度便于调整；寿命长，可达到10000～30000h、响应快(短于1μs)；由于LED光源是采用多颗LED排列而成，可以设计成复杂的结构，实现不同的光源照射角度。

下图为三种光源性能指标的综合评价。

 机器视觉系统分为2D视觉系统和3D视觉系统，在计算机、光学、电子、人工智能、汽车等行业都有广泛的应用。在汽车行业，3D视觉检测系统可以检测汽车连接器Pin针检测，可快速准确高效的确定位置错误的引脚。在一些不适合人们作业的危险工作环境和人工视觉无法满足要求的场合，机器视觉可以代替人工视觉完成工作。