在某些实践中,工程师们掌握着丰富的光源“调色板”:环形光源: 提供均匀柔和照明,是元件定位、外观检测的通用利器。背光源: 创造高对比度轮廓,专精于尺寸量测、透光材料杂质筛查。同轴光源: 通过特殊光学设计实现“垂直”照明,是光滑平面字符识别、划痕检测的比较好法门。穹顶光源: 多角度漫射光包裹复杂曲面,彻底消除反光死角,为球状或多面体零件检测提供无影环境。条形光源组合: 灵活布局应对大视野或特殊方向特征增强需求。点光源用于局部重点区域的照明。秦皇岛环形低角度光源侧背

传统的彩色(RGB)机器视觉基于人眼三色原理,而多光谱(Multispectral)和高光谱(Hyperspectral)成像则通过获取物体在数十至数百个连续窄波段下的图像,揭示更丰富的光谱指纹信息。这对光源提出了特殊要求:宽光谱覆盖:光源需要提供足够强度且均匀的照明,覆盖从紫外、可见光到近红外(UV-VIS-NIR,如350-1000nm或更宽)的宽范围。常用高亮度卤钨灯(稳定连续光谱)或特定组合的LED阵列(覆盖关键波段)。光谱稳定性:光源的光谱输出必须高度稳定,避免漂移影响分析结果。卤钨灯需恒流供电,LED需精确控温控流。均匀性要求极高:不仅是空间均匀性,光谱均匀性(不同位置光谱成分一致)同样关键,否则会导致光谱数据失真。可能需要积分球匀光或精密光学设计。照明方式适配:根据应用(反射、透射、荧光)选择前向照明(如环形光、穹顶光)、背光或特定角度照明。高光谱光源常用于:材料分类与鉴别(塑料分选、矿物分析);化学成分检测(农产品糖度、水分、成熟度;药品有效成分);生物医学应用(组织病理、细胞分析);精细农业(作物健康监测);环境监测;防伪等。光源的性能(亮度、稳定性、均匀性、光谱范围)是获得高质量光谱数据立方体并进行有效分析的前提。连云港光源转角同轴点光源聚焦于局部精细检测。

光源设计的精密考量维度:光谱博弈: 材料的光学特性决定波长策略。短波蓝光(450nm)能强力增强金属表面纹理反差;近红外光(850nm)可穿透特定塑料或生物组织进行内部成像;紫外光(365nm)则能激发荧光物质显现隐藏标记。角度雕刻: 光线入射方向如同刻刀。低角度照明(10°-30°)使微小凹凸投下长影,凸显划痕、焊点等三维缺陷;高角度漫射光能“抚平”曲面反光,适用于球状物体检测;垂直同轴光则通过特殊分光镜技术彻底消除镜面眩光,成为玻璃、晶圆检测的关键。稳定性基石: 光源亮度与色温的毫厘波动将导致算法误判。工业级LED凭借超长寿命(>50,000小时)、低温升特性、瞬时响应(微秒级开关)及nice的亮度一致性,成为严苛工业环境的优先。智能光源甚至集成闭环亮度反馈系统,确保十年如一的稳定输出。
结构光照明:主动三维轮廓重建结构光(StructuredLight)是一种主动式光学三维测量技术,通过将已知的、精密的二维光图案(如条纹、网格、点阵、编码图案)投影到被测物体表面,然后由相机从另一角度观察该图案因物体表面高度变化而产生的形变,然后通过三角测量原理或相位分析算法计算出物体表面的三维轮廓(点云)。结构光光源的重点是投影模组,常用技术有:数字光处理(DLP)投影仪:可高速、高精度地动态投射各种复杂编码图案(二进制、灰度、正弦条纹、彩色编码);激光线发生器:投射一条或多条锐利的激光线(常用红色或蓝色),通过激光线的扭曲变形计算高度(线激光三角测量);LED结合光栅(Grating):产生平行条纹。结构光的优势在于非接触、高精度、高速度(尤其DLP)、能获取密集点云数据。其应用非常多:三维尺寸测量(复杂曲面、间隙面差);缺陷检测(凹坑、凸起、变形);机器人引导(抓取、定位);逆向工程;体积测量;生物识别等。选择结构光方案需权衡测量范围、精度、速度、环境光鲁棒性(常需滤光片)、成本以及抗物体表面光学特性(如高反光、吸光、透明)影响的能力。它是获取物体三维空间信息主流的技术之一。准直光源提供平行光路检测。

偏振光在机器视觉中的应用:消除反光与增强对比度偏振光技术是解决物体表面镜面反射(眩光)和增强特定特征对比度的有效光学手段。其基本原理是利用偏振片控制光波的振动方向。典型应用模式有两种:第一种是“光源+偏振片,相机镜头前加偏振片”:光源发出的非偏振光经起偏器变为线偏振光照射物体。物体表面反射光包含镜面反射(通常保持原偏振方向)和漫反射(偏振方向随机)。相机镜头前的检偏器若旋转至与起偏器方向垂直,则可有效阻挡镜面反射光,同时允许部分漫反射光通过,从而突出抑制眩光,使被眩光覆盖的表面纹理、划痕、印刷图案等得以显现。第二种是只相机镜头前加偏振片,用于过滤环境光中的偏振干扰。偏振照明特别适用于检测光滑表面(金属、玻璃、塑料、漆面)的划痕、凹陷、异物、油污等。配置时需仔细调整光源与相机偏振片的相对角度(通常正交效果比较好),并考虑光线入射角的影响。虽然会增加成本并损失部分光强,但在解决棘手反光问题时效果突出。正确打光是视觉检测的关键。上海光源平行
侧向光检测物体表面划痕。秦皇岛环形低角度光源侧背
光源选择是一门精密科学,需多重考量:波长匹配: 材料特性决定光波选择。金属表面检测常依赖短波蓝光以增强纹理反差,而透明薄膜或生物样本则可能需红外光穿透成像。角度雕琢: 光线入射角度犹如雕塑家的刻刀。低角度照明能令微小凹凸投下长影,凸显三维缺陷;而垂直同轴光则擅长“抚平”高反光曲面(如金属或玻璃),消除镜面眩光对成像的干扰。稳定性基石: 光源亮度与色温的毫厘波动,在算法眼中不啻于巨变。工业级LED因寿命长、发热低、响应快且光输出稳定,已成为主流之选,其坚固耐用的特性更契合严苛工业环境。秦皇岛环形低角度光源侧背