1. 打光基础

做机器视觉这些年，我经常跟刚入行的同事说一句话：你连光都没搞明白，就别急着调相机参数。听起来有点，但你想想看——没有光，镜头看到的就是一片黑，算法再牛也白搭。

这一章咱们就从根上聊聊光。不扯太深奥的物理，但该讲清楚的一个都不能少。

1.1 光的双重身份：波动性与粒子性

光这东西挺有意思。它有时候像水波，有时候像子弹。这就是所谓的波粒二象性。

• 波动性：光有波长、频率、振幅。干涉和衍射现象就是波动性的体现。我在设计同轴光照明时，就经常要利用光的干涉原理来消除表面纹理干扰。
• 粒子性：光由一个个光子组成。光子打到传感器上，才能产生电信号。说白了，没有光子，就没有图像。

我记得有一次调试一个透明薄膜的缺陷检测项目。用普通LED环形光打上去，薄膜上的划痕死活看不清楚。后来我换了个单色相干光源，利用光的干涉效应，划痕处的相位变化直接变成了明暗条纹——一下子就出来了。这就是波动性的实战应用。

1.2 可见光与不可见光

人眼能看到的波段大概在380nm到780nm之间。但机器视觉的眼睛——CMOS或CCD传感器——能看到更宽的范围。

举个例子。检测黑色橡胶件上的黑色杂质，用白光打上去，两者都是黑的，根本分不开。但换成近红外光，橡胶和杂质对红外光的吸收率不同，图像上就有了灰度差异。我曾经用这个方法帮一个轮胎厂解决了困扰他们半年的检测难题。

1.3 光源的五大核心参数

选光源不是随便挑个亮的就行。我总结了五个必须关注的参数，少一个都可能翻车。

1.3.1 波长

波长决定了光的颜色，也决定了它跟被测物体的相互作用方式。短波长的光（如蓝光）分辨率更高，但穿透力弱；长波长的光（如红光）穿透力强，但分辨率低。

1.3.2 色温

色温描述光源的色调，单位是开尔文（K）。低色温偏暖（黄），高色温偏冷（蓝）。

• 3000K – 4000K：暖白光，适合检测暖色调物体
• 5000K – 6000K：正白光，接近日光，通用性最强
• 7000K – 10000K：冷白光，适合高对比度检测

我个人习惯在颜色识别项目中用5000K左右的光源，这样颜色还原最准。但如果是检测金属表面的压痕，我会用高色温冷光，让阴影更锐利。

1.3.3 照度

照度就是单位面积上的光通量，单位是勒克斯（lux）。照度不够，图像噪点多；照度过高，传感器饱和。

我一般这样估算：对于普通CMOS相机，目标照度在10000 – 50000 lux之间比较合适。但具体数值要看镜头光圈、曝光时间和增益设置。

1.3.4 均匀性

均匀性是指光源在整个照明区域内的照度分布是否一致。不均匀的光源会导致图像中间亮、边缘暗，或者出现亮斑暗斑。

我见过太多项目因为光源均匀性差，导致算法误判。比如检测手机屏幕的划痕，光源不均匀，算法把边缘的暗区误判成了缺陷。