选择光源应考虑的系统特性

判断机器视觉的照明的优劣，首先必须了解什么是光源需要做到的。光源应该不仅仅是使检测部件能够被摄像头“看见”。有时候，一个完整的机器视觉系统无法支持工作，但是仅仅优化一下光源就可以使系统正常工作。选择光源时，应该考虑如下系统特性。

(1)对比度

对比度对机器视觉来说非常重要。机器视觉应用的照明的最重要的任务就是使需要被观察的特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的对比度，从而易于特征的区分。对比度定义为在特征与其周围的区域之间有足够的灰度量区别。好的照明应该能够保证需要检测的特征突出于其他背景。

光源的位置对获取高对比度的图像很重要。光源的目标是要达到使感兴趣的特征与其周围的背景对光源的反射不同。预测光源如何在物体表面反射就可以决定出光源的位置。

(2)亮度

当选择两种光源的时候，最佳的选择是选择更亮的那个。当光源不够亮时，可能有三种不好的情况出现。第一，相机的信噪比不够；由于光源的亮度不够，图像的对比度必然不够，在图像上出现噪声的可能性也随即增大。其次，光源的亮度不够，必然要加大光圈，从而减小了景深。另外，当光源的亮度不够的时候，自然光等随机光对系统的影响会更大。

(3)鲁棒性

测试好光源的方法是看光源是否对部件的位置敏感度最小。当光源放置在摄像头视野的不同区域或不同角度时，结果图像应该不会随之变化。方向性很强的光源，增大了对高亮区域的镜面反射发生的可能性，这不利于后面的特征提取。在很多情况下，合适的光源需要在实际工作中与其在实验室中有相同的效果。合适的光源能够使需要寻找的特征非常明显，除了摄像头能够拍摄到部件外，合适的光源应该能够产生最大的对比度、亮度足够，且对部件的位置变化不敏感。

机器视觉应用关心的是反射光(使用背光除外)。物体表面的几何形状、光泽及颜色决定了光在物体表面如何反射。机器视觉应用的光源控制的诀窍归结到一点就是如何控制光源反射。如果能够控制好光源的反射，那么就可以获得优质的图像。

(4)光源可预测

当光源入射到物体表面的时候，光源的反映是可以预测的。光源可能被吸收或被反射。光可能被完全吸收(黑金属材料，表面难以照亮)或者被部分吸收(造成了颜色的变化及亮度的不同)。不被吸收的光就会被反射，入射光的角度等于反射光的角度，这个定律大大简化了机器视觉光源，因为理想的效果可以通过控制光源来实现。

(5)物体表面

如果光源按照可预测的方式传播，使机器视觉照明复杂化的原因是物体表面的变化。如果所有物体表面是相同的，在解决实际应用的时候就没有必要采用不同的光源技术了。但由于物体表面的不同，因此需要研究视野中的物体表面材料，并分析光源入射的反映。

(6)控制反射

如果反射光可以控制，图像的优劣与否就可以控制了。因此在涉及机器视觉应用的光源设计时，最重要的原则就是控制好哪里的光源反射到透镜及反射的程度。机器视觉的光源设计就是对反射的研究。在视觉应用中，当观测一个物体以决定需要什么样的光源的时候，首先需要问这样的问题：“如何才能让物体显现？”“如何才能应用光源使必需的光反射到镜头中以获得物体外表？”

影响反射效果的因素有：光源的位置，物体表面的纹理，物体表面的几何形状及光源的均匀性。

(7)表面纹理

物体表面可能高度反射(镜面反射)或者高度漫反射。决定物体是镜面反射还是漫反射的主要因素是物体表面的光滑度。一个漫反射的表面，如一张不光滑的纸张，有着复杂的表面角度，用显微镜观看的时候显得很明亮，这是由于物体表面角度的变化而造成了光源照射到物体表面而被分散开了；而一张光滑的纸张有光滑的表面而减小了物体表面的角度。光源照射到表面并按照入射角反射。

(8)表面形状

一个球形表面反射光源的方式与平面物体是不相同的。物体表面的形状越复杂，其表面的光源变化也随之而复杂。对应一个抛光的镜面表面，光源需要在不同的角度照射。从不同角度照射可以减小光影。

(9)光源均匀性

均匀的光源会补偿物体表面的角度变化，即使物体表面的几何形状不同，光源在各部分的反射也是均匀的。不均匀的光会造成不均匀的反射。均匀关系到三个方面。第一，对于视野，在摄像头视野范围部分应该是均匀的。简单地说，图像中暗的区域就是缺少反射光，而亮点就是此处反射太强了。第二，不均匀的光会使视野范围内部分区域的光比其他区域多。从而造成物体表面反射不均匀(假设物体表面的对光的反射是相同的)。第三，均匀的光源会补偿物体表面的角度变化，即使物体表面的几何形状不同，光源在各部分的反射也是均匀的。

在机器视觉检测行业中，激光三角测量法被广泛应用。当激光线投射到物体上时，相机从另一角度看激光线，在每个传感器列上激光线的位置，物体在激光线下方移动时，就可以收集到多个轮廓以形成3D图像。