4. 光源与照明技术：常见光源类型及其光谱特性

做光学检测这么多年，我越来越觉得一句话是对的——「照明选对了，项目就成功了一半」。你想想看，相机和镜头再贵，光源没选好，拍出来的图像就是一团糟。今天咱们就把光源和照明技术这块彻底捋清楚。

4.1 常见光源类型及其光谱特性

工业检测里常用的光源就三种：LED、激光、卤素灯。每种都有自己的脾气。

4.2 LED 光源

现在90%的机器视觉项目都在用LED。为什么？说白了就是性价比高、寿命长、控制灵活。

LED的光谱特性很有意思。单色LED（红、绿、蓝）的带宽一般在20~40 nm，白光LED则是蓝光芯片激发黄色荧光粉形成的连续光谱。我个人习惯在检测彩色物体时用白光LED，但如果是检测特定颜色的缺陷，比如红色包装上的划痕，用红色LED能获得更高的对比度。

4.3 激光光源

激光的强项是单色性好、方向性强、能量集中。在3D检测和精密测量领域，激光几乎是标配。

我记得刚入行时做手机中框的平面度检测，用结构光方案，激光线的稳定性直接决定了测量精度。激光的波长选择也很关键——红色激光（635~670 nm）最常用，但遇到某些深色材料时，换成绿色激光（532 nm）效果会好很多。

4.4 卤素灯

卤素灯现在用得少了，但在某些场景下它依然不可替代。它的光谱是连续的，从可见光一直延伸到近红外，特别适合需要宽光谱信息的检测任务。

比如检测高反光金属表面的细微划痕，卤素灯的连续光谱能提供更丰富的表面散射信息。不过它的发热量很大，寿命也短，我一般只在实验室或特殊项目中才用。

4.5 照明方式的选择原则

照明方式的选择，说白了就是「让缺陷显眼，让背景干净」。下面这四种方式是我最常用的。

4.5.1 明场照明

光源和相机在物体同侧，光线直接反射进入相机。适合检测表面平整、反光性好的物体，比如镜面、玻璃、抛光金属。但遇到粗糙表面或倾斜面时，容易产生过曝或阴影。

4.5.2 暗场照明

光源以低角度照射物体，只有散射光进入相机。这是检测划痕、凹坑、凸起等表面缺陷的利器。我做过一个项目，检测手机玻璃盖板的微小划痕，用暗场照明后，划痕在黑色背景下像星星一样亮，识别率从70%直接提升到98%。

4.5.3 背光照明

光源在物体背面，相机拍摄物体的轮廓。适合测量尺寸、检测通孔、边缘定位。背光照明能获得高对比度的轮廓图像，但无法检测表面细节。

4.5.4 同轴光照明

光线通过半透半反镜垂直照射物体，反射光沿原路返回相机。适合检测高反光平面上的细微缺陷，比如晶圆表面、镜面涂层。同轴光能消除阴影和反光干扰，但光强利用率较低。

4.6 结构光与频闪照明技术

这两个技术算是进阶玩法了，但在很多复杂场景下特别好用。

4.6.1 结构光技术

结构光就是把光投影成特定的图案（条纹、网格、散斑），通过分析图案的变形来获取物体的三维信息。我做过一个项目，检测汽车内饰件的曲面轮廓，用条纹结构光配合相移算法，重建精度达到了0.02 mm。

结构光的核心是编码和解码。常用的编码方式有：

• 相移法： 投影多幅正弦条纹，通过相位计算高度。
• 格雷码： 投影二进制编码图案，适合大范围测量。
• 散斑： 投影随机散斑图案，适合动态场景。

4.6.2 频闪照明技术

频闪照明就是让光源以特定频率闪烁，配合相机的曝光时序。它的好处有两个：一是可以冻结高速运动的物体，二是可以消除环境光的干扰。

我记得在检测高速流水线上的药瓶时，普通照明拍出来的图像全是运动模糊。后来用频闪照明，把闪光时间控制在10微秒以内，图像瞬间清晰了。频闪频率要和相机帧率匹配，否则会出现明暗条纹。

4.7 避坑指南

做光源选型这么多年，我踩过不少坑。分享几个典型的：

• 光源亮度不是越高越好。 我曾经为了拍清楚一个暗色物体，把LED电流调到最大，结果图像过曝，还烧坏了光源。后来学会了用曝光时间和增益来配合。
• 注意光源的均匀性。 很多廉价LED光源中心亮边缘暗，拍出来的图像亮度不均，后期处理很麻烦。我一般会要求供应商提供均匀性测试报告。
• 环境光的影响不能忽视。 有一次在产线上调试，白天和晚上的检测结果差异很大，后来发现是窗户进来的自然光干扰。加了个遮光罩就解决了。
• 激光安全不是小事。 哪怕是小功率激光，长时间直视也会损伤视网膜。我习惯在激光器周围加装防护罩，并在操作区域张贴警示标识。