3.5 案例——光源对成像的影响

3.5.1 实验设备

实验设备主要包括计算机、视觉教学平台、工业相机（彩色）、工业镜头（25mm）、条形光源、背光源、环形光源、穹顶光源、同轴光源等。实验平台如图3-12所示。

3.5.2 光源照明效果

1. 环形光源

环形光源如图3-13所示，可提供不同角度的照射，方便得到物体的三维信息，显示被测物体边缘和高度的变化，突出原本难以看清的部分，能有效解决对角照射阴影问题，周圈表面采用滚花设计，可扩大散热面积以增加光源的使用寿命。

环形光源具有独特的照射结构，能实现有效工作范围内的均匀照射，其高效的低角度照明可以增强表面特征或缺陷的对比度。这种光源常应用在被测物体表面需要均衡的照明并且需要避免反光或耀斑的场合，如PCB检测、塑胶容器检测、电子元件检测、集成电路字符检查等。图3-14所示为U盘的金属外壳在条形光源照射和环形光源照射下的图像，采用环形光源比采用条形光源获得的轮廓信息。

2. 条形光源

条形光源如图3-15所示，条形光源也叫条形灯，它是一种从侧面打光的照明光源，常用的角度是45°，也有更小的角度。侧光灯可以避免正面照射产生的强烈反光，同时还可以对边缘部分实现高亮的照明。条形光源在尺寸测量、外观检测方面应用非常广泛，其优点是光照均匀度高、亮度高、散热好、使用寿命长、产品稳定性高、安装简单、角度随意可调及尺寸设计灵活，主要应用于金属表面检测、表面裂缝检查、包装破损检测、引脚平整度检查、LCD破损检测等。

条形光源组合后可以用来照射大面积的电路板表面，如图3-16所示，从而获得清晰的图像。条形光源的优势在于可以从任意角度照射待测物，以突出所要得到的信息。

3. 背光源（面光源）

背光源如图3-17所示，能提供大面积的均匀光线，突出待测量物的轮廓信息。LED均匀分布于背光源底部，经过特殊扩散材料后在其表面形成一片均匀的照射光。背光源主要应用于轮廓检测、电子元件外形检测、透明物体划痕检测、轴承外观和尺寸检查等。

背光源在轮廓检测上具有明显的优势。如图3-18所示，背光源常常应用于透明物体轮廓检测、工件轮廓检测、灯丝缺陷检测，可以获得清晰的轮廓信息。

4. 同轴光源

同轴光源如图3-19所示，光源为平板镜面表面提供漫射均匀照明，利用同轴光源方法，垂直于照相机的镜面变得光亮，而标记或雕刻的区域因吸收光线而变暗。同轴光源提供了比传统光源更均匀的照明，主要应用于金属、玻璃等具有光泽的物体表面缺陷检测。

条形光源与同轴光源检测结果对比如图3-20所示。

5. 穹顶光源

穹顶光源如图3-21所示，它是一种用于扩散、均匀照明的经济型光源，光源的大张角可以帮助弯曲、光亮和不平表面成像，也算漫反射的一种，但它是通过半球型的内壁进行多次反射，可以完全消除阴影。它主要应用于曲面形状的缺陷检测、不平坦光滑表面字符的检测、金属或镜面的表面检测。使用不同光源对不平坦光滑表面的字符检测结果如图3-22所示，其中，穹顶光源的效果最好。

3.5.3 铆钉光源实验

1. 实验过程

测量时为避免木板表面反光，将木板涂上显影剂，待测样本如图3-24所示。

1）安装相机与光源。

2）打开MVCGEVLite64软件，取消勾选“启动巨帧”复选框，依次单击“打开设备”“开始采集”按钮，然后单击“存储图像”按钮进行保存路径设置。界面如图3-23所示。

3）调节相机焦距、光圈，使图像清晰。

4）移动测量对象到图像中心，保存图像。

5）更换不同光源进行测量并保存图像。

2. 实验结果

1）条形光源测量结果如图3-25所示。

2）环形光源测量结果如图3-26所示。

3）同轴光源测量结果如图3-27所示。

4）穹顶光源测量结果如图3-28所示。

3. 实验结果分析

条形光源只能从一个角度进行照射，得到的图像中铆钉表面有一面是反光的。使用环形光源时，由于环形光从上面照射，所以得到的铆钉上表面有强烈的反光，侧面也有些反光。使用同轴光源时，由于同轴光源的光是垂直向下的，所以垂直于光的铆钉上表面颜色明亮，而侧面相对较暗。使用穹顶光源时，铆钉的上表面和侧面亮度基本相同，特征比较清晰。由于被测物为银白色反光金属表面，所以同种光源的三色光照射都存在类似现象。实验表明，对这种有弧面的反光金属铆钉，测量时使用穹顶光源能够最大程度上避免光线的影响。