机器视觉系统的核心是图像采集和处理。
所有的信息都来源于图像，图像的质量对整个视觉系统至关重要。
一幅好的图像可以提高整个系统的稳定性，从而大大降低图像处理算法的难度，提高系统的精度和可靠性。
一个好的形象应该具备以下条件：
对比：对比明显，目标与背景的边界对比清晰。要求目标与背景的灰度值差至少大于30；
均匀性：要求画面整体亮度均匀，或整体亮度不均匀，但灰度差异不影响图像处理；
真实性：与色彩相关，需要色彩真实，亮度适中，无过度曝光，像素过多，满足精密检测的要求；
扰动：尽量淡化背景。
光源是影响机器视觉系统图像质量的重要因素，直接影响输入数据的质量，因此光源在整个机器视觉系统中起着关键作用。
目前还没有通用的机器视觉照明设备，所以针对每一种具体情况，设计合适的照明设备，以达到最佳效果。
普通视觉光源
机器视觉中常用的一些光源主要有：LED灯、纤维卤素灯、氙灯、高频荧光灯等。
01
led灯
使用寿命约为3-10万小时；
优点：可以使用多个led实现高亮度，同时可以组合不同的形状。响应速度快，可根据用途选择波长。
02
光纤卤素灯
使用寿命1000小时左右；
优点：亮度高；
缺点：影响速度慢，亮度和色温几乎没有变化。
03
氙灯
使用寿命1000小时左右；
优点：亮度高，色温接近阳光；
缺点：响应速度慢，发热量高，使用寿命短，工作电流大，电源安全要求严格，易碎。
04
荧光灯
使用寿命约为1500-3000小时；
优点：扩散性好，适合大面积均匀照射；
缺点：反应速度慢，亮度暗。
各种视觉照明方法
背光照明模式
1、通过透射漫射背光
描述：漫射背光置于待测工件下方，摄像系统垂直于工件和光源拍照。
主要应用：存在性检测、计数、切片边缘检测、透明体表面和内部不透明异物或污垢检测、透明体和半透明突变和局部渐变缺陷、空心标记检测等。
优点：结构简单，整体价格低廉，尺寸检测效果稳定可靠。一般图像只有黑白两个区域，方便处理。相机是对着光源拍的，亮度很容易满足。
缺点：大部分在线测试项目使用不方便；重叠的不透明层会相互干扰；测量具有一定厚度、倒角和圆角的物体或圆柱体的尺寸时，容易出现假边现象，结果会有偏差。如果测量精度很高，可靠性不高。
应用技巧：光源面积足够，但面积过大会影响边缘效果；光源离工件远一点效果会有一定程度的提高；使用长焦镜头可以提高稳定性；图像的亮度不能过曝，最亮部分的灰度值通常不超过220。
:平行背光穿透透射
说明：平行背光源置于待测工件正下方，摄像系统垂直于工件和光源拍照。
主要应用：精确的边缘检测、定位、尺寸测量等。由于产品的边缘形状，它们不适合于漫射背光。
优点：光线平行性好，成像效果极佳，测量精度、准确度、稳定性高。
缺点：光源本身结构复杂，成本高，对其他配套硬件要求高(比如需要配合远心镜头使用等。)，且对安装调试要求高。
应用技巧：光源和le
在平行光照射的情况下，边缘区域将光折射到透镜入瞳外的区域，显示为黑色，与背景对比明显。
使用漫射背光测量时，侧光反射到镜头内，会出现上图所示的“虚胖”现象，过渡像素多，无法满足高精度测量的要求，影响测量精度。
使用相同尺寸的平行背光测量，所有光线方向均匀，图像边缘锐利，像素过度减少。同时，远心镜头的使用可以提高成像的稳定性和精度，进一步减少环境杂散光的干扰。
前灯照明模式
1、低角度直射光应用
说明：低角度照明，平面反射光无法进入镜头，图像亮度低；凹凸不平的部分反射光线进入镜头，图像亮度高。
主要应用：表面划痕检测、标记字符检测与识别、表面异物检测、边缘尺寸测量、定位、倒角测量、冲压、铸造字符图案检测与识别等。
优点：安装方便，效果稳定。
缺点：透明材质和表面划痕效果不明显。有些情况下，光源必须在一定高度以上，影响效果。
常用光源：条形灯、线形灯、低角度环形灯等。
在低角度光源照射下，图像背景为黑色，即暗场照明，可显示物体边缘的倒角等45 ~ 60的斜度信息，也可显示表面的凹凸、划痕、雕刻等杂乱特征。
2、应用高角度直射光
说明：高角度照明，平面反射容易进入镜头，图像亮度高；凹凸不平的部分反射光线杂乱，部分光线无法进入镜头，图像亮度低。
主要应用：表面划痕检测、标记字符检测与识别、表面异物检测、边缘尺寸测量、定位、冲压、铸造字符图案监测与识别等。
优点：效果明显，细节清晰。
缺点：均匀度难以调节。
常见光源：高角度环光、条形光、面光、同轴光、聚光灯。
在高角度光源照射下，图像背景为白色，即明场照明，可以显示物体表面平坦区域的轮廓特征，也可以显示表面杂乱的划痕和台阶。表面粗糙度不同或者光反射率不同的区域也会有明显的差异。
折射应用
描述：光源置于被检物体的下方或一侧，直射光通过平面垂直射入工件，从另一侧射出。在平坦表面上，透射光线沿着与入射光线相同的方向发射，而在不平坦表面上，透射光线根据折射定律偏离入射光线的方向。此时，透镜的主轴与工件表面垂直，平坦的部分会在图像中呈现为明亮的背景特征，而不平坦的部分会在明亮的背景上呈现为黑暗的特征。
主要应用：透明物体表面微小划痕的检测，形状和图案的识别和检测，物体表面平整度和厚度均匀性的检测等。
优点：效果明显，细节清晰，稳定性好。
缺点：在某些情况下，结构安装不方便。
常见光源：面光源、点阵光源、透明图形平面光源等。
散射光应用
直射光从检测目标的一侧照射，光碰到微观粗糙结构时发生散射。没有散射的区域是暗场，图像中的亮度比较低，而散射区域的亮度比较高。
应用技巧：在保证良好传输性能的情况下，尽可能选择波长较短的光源。
主要应用：玻璃、塑料等透明物体上微小划痕的检测，表面激光雕刻字符的识别和检测，透明薄膜的边缘定位和测量等。
优点：效果明显，细节清晰。
Dif
右图是啤酒瓶盖，检查对象是上面的喷码。每个帽子都有不同的背景颜色和图案，如第一张图所示，第二张图和第三张图中使用的帽子是蓝色和绿色背景。选择与背景同色的光源来照明，就可以得到图中的效果。背景被滤除或大大减弱，字符检测和识别不再受到干扰。
如何选择/设计视觉光源的照明方案
:基本想法
光照射到物体表面后会发生一系列光学现象，主要包括镜面反射、漫反射、表面散射、折射、背散射、透射、背反射、色散等。一部分光被物体吸收，各种情况的条件由物体表面的形状、微观结构、颜色、化学成分等客观条件决定。
不同表面上的各种光学现象差异很大。例如，在镀膜好的镜面上，几乎所有的光在照射后都被反射，即镜面反射占了最主要的成分；光线几乎垂直于玻璃后，几乎完全穿透，从另一侧射出。在这种情况下，传输占最重要的组成部分；粗糙的表面，几乎没有光的反射或透射，几乎所有的光都会被吸收。
此外，光学效果还取决于光源的发光方式和照射方式。比如漫射光的均匀照射，可以消除物体表面不平整造成的差异。另一方面，平行光照射可以突出物体的不平坦表面。
因此，为了得到理想的效果，需要选择合适的光源和合适的照射方式。
2、光源选择的一般过程
了解项目的要求，明确要检测或测量的目标；
分析目标与背景的差异，找出两者成像差异最大的光学现象；
根据光源与目标的匹配关系，初步确定光源的光型和颜色；
测试实际光源，确定符合要求的照明方式；
根据具体情况，确定适用于客户的产品。
