理想的照明应使需寻找的特征非常明显，不仅让摄像头能捕捉到部件，还应产生最大对比度、充足亮度且对部件位置变化不敏感。光源选择得当后，后续工作将变得更为简便！

 在机器视觉应用中，关注的是反射光（除非使用背光）。物体表面的几何形状、光泽及颜色决定了光在表面上的反射。控制光源反射是机器视觉照明控制的关键。若能控制好光源反射，即可控制获得的图像。因此，在常州机器视觉应用中，当光源照射到给定物体表面时，理解光源的关键在于控制光源及其反射。 可预测的光源效应：当光线照射至物体表面时，其反射情况是可预知的。光线可能被物体吸收或反射。

某些材料如黑金属可能会完全吸收光线，导致表面难以被照亮；而其他材料则会部分吸收，从而改变颜色和亮度。未被吸收的光线则会被反射，且反射角等于入射角。这一科学原理极大地简化了机器视觉系统中光源的设计，因为通过控制光源，可以实现对理想效果的实现。

物体表面的照明复杂性：尽管光线的传播具有规律性，但在机器视觉领域，光源的设计仍然是一项挑战。这是因为物体表面的多样性使得照明问题变得复杂。若所有物体表面均一致，则机器视觉应用中无需考虑多样化的光源技术。然而，物体表面的差异性要求我们观察视野中的物体表面，并分析光线入射后的反射情况。

反射光线的调控：正如前述，若能控制反射光线，图像质量亦能得到提升。这在机器视觉光源设计中极为关键。设计光源时，关键原则是精确调控光线反射至透镜的路径和强度。机器视觉光源设计本质上是对反射现象的研究。在确定光源类型前，需考虑如何使物体清晰显现，以及如何利用光源使所需光线反射至镜头中。

 影响反射效果的因素包括：光源位置、物体表面纹理、物体表面的几何形状以及光源的均匀性。

 光源位置：由于光线遵循入射角等于反射角的规律，因此光源的位置对获取高对比度图像至关重要。光源应设计为使感兴趣的特征与背景在光源反射上有所区别。通过预测光线在物体表面的反射情况，可以确定光源的最佳位置。

 表面纹理：物体表面可能是高度反射（如镜面反射）或高度漫反射。物体表面的光滑度是决定其反射类型的主要因素。不光滑的表面（如纸张）由于表面角度复杂，光线照射后会产生漫反射，表面看起来明亮。而光滑的表面则减少了表面角度，使得光线按照入射角反射。

表面形状：球形表面与平面物体在反射光线方面存在差异。物体表面形状越复杂，光线反射情况也越复杂。对于抛光的镜面表面，需要从不同角度照射光线，以减少光影效果。

光源均匀性的重要性：光的不均匀分布会导致反射的不均匀，这直接影响到图像的清晰度和准确性。均匀性涉及三个关键方面。首先，在摄像头的视野范围内，光线应保持一致。图像中的暗区表示反射光不足，而亮点则意味着反射过强。不均匀的光源会导致视野内某些区域的光量超过其他区域，从而使得物体表面的反射变得不均匀（假设物体表面的反射性质相同）。

均匀光源的优势：均匀的光源能够平衡物体表面的角度变化，即使物体表面的几何形状各异，也能保证各部分的反射均匀。

光源技术的应用：光源技术的核心在于设计光源的几何形状和位置，以增强图像的对比度。光源有助于突出需要机器视觉分析的区域。在选择光源技术时，应关注物体如何被照明以及光源如何反射和散射。以下列举了六种照明技术：通用照明、背光照明、同轴照明、连续漫反射照明、暗域照明和结构光照明。

照明技术概述： 通用照明：通用照明普遍采用环形或点状光源。环灯作为一种通用照明形式，易于固定在镜头上，能够为漫反射表面提供充分的照明。

背光照明：背光照明将光源放置在摄像头相对于物体的后方。这种照明方式与其它照明方法显著不同，因为它分析的是入射光而非反射光。背光照明能创造出强烈的对比度，但可能会掩盖物体表面的某些细节。例如，背光技术可用于测量硬币的直径，但无法确定其正反面。

同轴照明：同轴照明指光源以与摄像头轴向一致的角度照射物体表面。该照明方法利用半反射镜将光源反射至摄像头透镜轴方向，仅允许垂直于透镜的反射光通过。同轴照明在实现扁平物体表面且具有镜面特征的均匀照明方面非常有效，同时能突出表面角度变化的部分。

连续漫反射照明：连续漫反射照明适用于表面反射性强或角度复杂的物体。它通过半球形均匀照明减少阴影和镜面反射，特别适用于完全组装的电路板照明，这种光源可提供高达170立体角的均匀照明。

暗域照明：暗域照明提供相对于物体表面的低角度照明。若拍摄时视野中可见光源，则为亮域照明；若不可见，则为暗域照明。光源的类型（亮域或暗域）取决于其位置。暗域照明通常用于照亮物体表面的突起部分或纹理变化。

结构光技术：结构光技术通过将特定几何形状的光（如线条、圆形或正方形）投射到物体表面。此类技术常用激光或光纤作为光源，其中之一的主要用途是测量相机与光源之间的距离。

多光源照明：在多种应用场景中，为使视野中不同特征呈现不同的对比度，采用多轴照明技术变得至关重要。

光源选择：在确定照明技术后，选择合适的光源至关重要。理想的光源应满足照明需求，具备良好的均匀性和稳定性。在机器视觉应用中，选择光源时需考虑以下特性：

光谱特性：光源的颜色和测量物体的表面颜色会影响反射到摄像头上的光能大小和波长。白光或特定光谱在提取颜色特征信息时可能起到关键作用。光源的色温在分析多种颜色特征时成为重要考量因素。例如，卤素灯呈现黄色，而氙灯则显示蓝色。

效能分析：某些光源展现出较高的效能，这意味着它们在消耗较少能源的同时，能释放出更多的光能，典型的例子是荧光灯。相比之下，钨灯在发光的同时会产生大量的热能，导致能量消耗较高。效能较低的光源可能会引起局部过热，从而造成能源的浪费。一般来说，光源的温度越高，其使用寿命就越短，能耗也相应增加。

使用寿命考量：光源往往需要持续稳定地运行。比如，一个标称使用寿命为1000小时的光源，在实行两班倒的工作制下，可能只能支持大约一周的连续使用。因此，定期更换光源灯泡成为了必须进行的维护操作。LED光源因其超长的使用寿命（可达10,000至100,000小时）而备受推崇。大多数光源在使用过程中，随着其老化，光能输出会逐渐下降，这种减少的速度因光源的种类不同而有所差异。光能输出的变化也可能对光谱特性产生影响。当光源的老化速度对图像处理结果产生重大影响时，就需要特别注意监测光源的状态变化。