机器视觉如何选择合适的光源

机器视觉系统由工业镜头、工业相机、视觉光源、软件系统等组成，其中光源的作用是将被测物体与背景明显分别，获取高品质的图像，在视觉系统中起着重要作用，选择合适的光源是视觉系统搭建的重要环节。机器视觉光源除了有很多类型也有不同的颜色区分，具体应该如何选择呢？

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机器视觉光源颜色

白色光源（W）：白色光源通常用色温来界定，色温高的颜色偏蓝色（冷色色温》5000K），色温低的颜色偏红（暖色色温《3300与5000K），之间的称之为中间色，白色光源适用性广，亮度高，在拍摄彩色图像时使用更多。蓝色光源（B）：蓝色光源波长在430-480之间，适用产品：银色背景产品（如钣金，车加工件等）、薄膜上金属印刷品。红色光源（R）：红色光源的波长通常在600-720之间，可以透过一些比较暗的物体，例如底材黑色的透明软板孔位定位、绿色线路板线路检测，透光膜厚度检测等，采用红色光源更能提高对比度。绿色光源（G）：绿色光源波长510-530，介于红色与蓝色之间，主要针对红色背景产品，银色背景产品。

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光源颜色的选择攻略

机器视觉光源有多种类型，选择合理的光源颜色可以使特征和周围区域产生足够的灰度值差异。 在选择视觉光源时，会涉及到许多角度、形状、亮度、颜色等参数，为了最大程度地区分物体和背景，通常选择彩色互补光源。选择合理的光源颜色可以使特征和周围背景区域产生足够的灰度差异，一般来说，如果使用黑白相机，并且没有对被测对象的颜色选择特殊要求，红色是更合适的选择。 因为红色LED寿命长、稳定、价格低廉，更重要的是红色LED的波长更接近传感器的灵敏度峰值，而通常的CCD对紫色、蓝色的光敏感程度没有红光强。 如果进行彩色成像，则通常考虑使用白色光源。白色LED光源的制造有几种方法，一种是使用白色LED制造，发光管内部有蓝色发光芯片与受到激发后发出黄色的荧光粉，发出的光按一定比例叠加到一起，看起来形成了白色，这是最为常见的形式。另一种方法是使用红绿蓝三种不同颜色的LED，按某种顺序或方式在光源上进行排列，并分别控制每种颜色的度，使用相对方便。此种方法通常使用四个单色RGGB颗粒进行排列，所以其中的绿色分量通常会比较足，之所以多加一个绿色的G通量，是因为人眼对绿色光源（波长555nm）最敏感。 机器视觉应用中应注意目标颜色与光源颜色的搭配，我们看到某个物体成某种颜色，是因为其反射了对应的光谱。我们拍摄物体时，如果要将某种颜色打成白色，那么就得使用与此颜色相同或相似的光源（光的波长一样或接近），而如果要打成黑色，则需要选择与目标颜色波长差较大的光源。 视觉应用中，为目标颜色合理地选择光源的颜色有利于降低算法难度、提高系统稳定性。

同类色

同类色指色相性质相同，但色度有深浅之分。 是色相环中15°夹角内的颜色。 如深红与浅红，深蓝与浅蓝。

邻近色

邻近色，就是在色带上相邻近的颜色。 例如红色和橙色。 是色相环中，凡在60度范围之内的颜色都属邻近色的范围

互补色/对比色

有非常强烈的对比度，在颜色饱和度很高的情况下，可以创建很多十分震撼的视觉效果。 例如橙和蓝、红和绿、黄和紫。 在色相环中每一个颜色对面(180度对角)的颜色。

类似色

类似色是指在色轮上相邻的三个颜色。 在色轮上90度角内的色统称为类似色。 例如红－红橙－橙、黄－黄绿－绿、青－青紫－紫等均为类似色。

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实例分析

在彩色相机下，除了黑色和灰色，线条不明显，其他如白色、紫色、蓝色、绿色、黄色、橙色、红色、棕色等都明显，充满鲜艳的色彩。 多色排线在白色光源下的黑白相机大尺度成像，可以发现其中的白色、黄色、绿色、橙色较明亮，说明相机对这些波长比较敏感。 在红光下成像时，白、红、橙、黄几种颜色比较明显，其它的颜色都很暗，说明红光照射物体时，物体本身有红色分量时，才能反射红光，在黑白相机下表现为红色特征。 线条排列在绿色光源黑白相机成像中，白色、绿色、黄色表现明亮，其他颜色成像较暗。 在蓝色光源下，白色、紫色和蓝色线条更加明亮，有效地反射蓝光。还可以发现，不管什么光照，白线都形成一个清晰的白色，因为它不吸收光谱本身，任何在其表面上照射的光谱都会被反射。相反，黑色材料在照射时不反射黑色。 此外，在衍射中，衍射条纹的宽度与波长成正比。例如，单缝衍射的中心平面条纹的半角宽度是sintheta＝λ/a，λ是波长，a是单缝衍射的宽度。 在摄影中，表面通常不是很光滑，导致衍射，所以用红光衍射会比用蓝光衍射强。因此，红光通常被用来获得更多的表面细节，而蓝色光被用来获得更多的对比度。 透镜的分辨公式为0.61／NA，λ为波长，NA为数值孔径。 可以看出，当NA固定并且使用不同波长和颜色的光时，透镜的分辨率是不同的。因此，当使用光源时，同一透镜在蓝光中的分辨率通常高于红光。