4. 光源选型与打光实战
在 In-Sight 视觉系统中，光源选型往往比相机和镜头更能决定误检与漏检的成败。同一台相机、同一支镜头，换一种打光方式，图像对比度可能从 30 灰阶跃升到 180 灰阶，也可能从清晰边缘变成一片过曝白斑。本节围绕金属反光、透明件、低对比度、曲面四类典型工件，说明如何选择环形光、条形光、同轴光、背光，并用可量化的方式验证稳定性。
一、先明确打光的三个判断维度
选光源之前，先回答三个问题：要检测的特征是什么（边缘、划痕、字符、孔位、有无、尺寸）、特征与背景的反射差异在哪里（亮度差、颜色差、方向差）、工件表面是镜面还是漫反射。这三个维度决定了光型、入射角度和颜色。
以 In-Sight 常用的参数语言描述：目标是让特征区域与背景区域在灰度直方图上形成双峰分离，峰间谷底尽量深，这样 FindPattern、Blob、Histogram 等工具才有稳定的阈值空间。若直方图只有一个宽峰，说明对比度不足，任何阈值都会随环境波动而漂移。
二、金属反光件：用低角度环光制造暗场
抛光金属、拉丝不锈钢、镀铬件属于镜面反射表面。若用同轴光垂直照射，整个表面会把光原样反射回镜头，图像接近纯白，划痕和字符被淹没。正确做法是让光源偏离镜面反射方向：使用低角度环形光，光以接近平行于表面的角度掠射，平坦区域反射光不进镜头，呈暗背景；而划痕、凹坑、字符边缘因散射把光送入镜头，呈亮线。
实操参数示例（示例值，需按现场微调）：环形光直径选工件对角线 1.2～1.5 倍，工作距离 60～100 mm，入射角 10°～20°，亮度先给 50%，再根据直方图调整。若工件有方向性拉丝，环光会沿纹理产生亮带，此时改用条形光双侧对称掠射，让纹理在两个方向上的散射被平均，减少方向性误检。
三、透明件：背光优先，正面光辅助
玻璃、亚克力、薄膜、透明瓶体的检测目标通常是轮廓、孔位、异物、气泡、边缘崩缺。透明件正面打光时，光大部分透射过去，只有表面划痕和污渍反射少量光，对比度极低。最稳的方案是背光透射：光源置于工件后方，相机从前方拍摄，工件实体遮挡形成暗区，透明区域形成亮区，轮廓边缘对比度可达 150 灰阶以上。
背光选型要点：平行背光用于高精度尺寸测量，边缘锐利；漫射背光用于异物和气泡检测，光照均匀。若工件有弧度或厚度，边缘会出现衍射亮边，此时把背光稍微偏离光轴 5°～10°，或改用远心背光，可显著改善边缘定位重复性。
对于透明件表面的划痕检测，背光无能为力，需要补一路低角度条形光做暗场，让划痕散射发亮。两路光分时点亮，In-Sight 采集两张图分别处理，是透明件检测的常见组合。
四、低对比度件：条形光掠射加颜色增强
灰底灰字、黑色塑料上的黑色字符、磨砂表面上的浅压印，属于亮度差极小的低对比度场景。此时提高亮度没用，关键是把亮度差转成方向差或颜色差。
方向差靠掠射：条形光以 5°～15° 贴近表面照射，表面微小起伏产生阴影，压印和字符的立体边缘被放大。双侧条形光从相反方向掠射，可消除单侧阴影带来的方向性偏差，适合字符和纹理检测。
颜色差靠单色光：若工件与特征在某个波段反射率差异大，用对应颜色光源可拉开对比。例如红色塑料上的黑色字符，用红光照射时红色背景反射强、黑字吸收，对比度提升；蓝色油墨印在白色纸上，用蓝光或红光会得到相反效果，需实测选择。In-Sight 支持彩色相机时，还可直接利用颜色通道分离，但单色光加黑白相机通常更稳定、成本更低。
五、曲面件：高角度环光加漫射，控制过曝
圆柱面、球面、拉伸件等曲面，法线方向连续变化，任何方向光都会在某个位置形成镜面高光带。用同轴光会得到一条亮带，用低角度光会得到一侧亮一侧暗。曲面检测的通用策略是高角度环形光加漫射板，让光从多个方向均匀入射，把高光带摊薄、摊匀。
若曲面反光仍强，可加偏振片：光源前加偏振膜，镜头前加正交偏振片，镜面反射光被抑制，漫反射光保留，能显著降低高光带。代价是光通量损失约 50%～70%，需要提高光源亮度或延长曝光。
曲面上的字符或标记检测，建议用圆顶光（Dome Light），它本质是一个半球漫射罩，从各个角度均匀照射，对曲面和凹凸面都能给出均匀背景，是曲面件最稳的通用方案之一。
六、稳定性验证：用数据而不是肉眼判断
方案设计完成后，必须验证稳定性。推荐用以下流程：
- 固定所有机械与光学参数，记录光源型号、角度、距离、亮度、曝光、增益。
- 采集 30 张连续图像，覆盖工件正常放置、轻微偏移、旋转、不同批次表面差异。
- 用 Histogram 或 Blob 工具统计特征灰度均值与标准差。目标：特征与背景灰度差大于 60 灰阶，且 30 张图的特征灰度标准差小于 8 灰阶。
- 用同一阈值跑 30 张图，统计误检与漏检次数。若出现阈值漂移，说明光源稳定性或环境光干扰不足。
- 做环境光干扰测试：开/关车间照明、模拟人员走动遮挡，观察灰度变化。若变化超过 10 灰阶，需加遮光罩或提高光源相对强度。
七、可直接使用的光源选型速查表
| 工件类型 | 首选光型 | 关键角度/方式 | 典型参数示例 | 主要风险 |
|---|---|---|---|---|
| 金属反光平面 | 低角度环形光 | 入射角 10°～20° | 亮度 50%，WD 80 mm | 镜面高光淹没特征 |
| 透明件轮廓 | 背光（平行/漫射） | 正后方透射 | 亮度 70%，加遮光罩 | 边缘衍射、异物遮挡 |
| 低对比度字符 | 条形光掠射 | 5°～15°双侧 | 红光/蓝光按材质选 | 阴影方向导致误判 |
| 曲面/圆柱 | 高角度环光或圆顶光 | 多向漫射 | 加偏振片，亮度 80% | 局部过曝、光通量不足 |
| 表面划痕 | 低角度环光/条形光 | 暗场掠射 | 蓝光，入射角 10° | 与纹理混淆 |
光源选型的本质，是把工件的光学特性翻译成光型、角度、颜色和亮度四个变量，再用直方图和重复性数据验证。金属靠暗场、透明靠背光、低对比靠掠射和颜色、曲面靠漫射和偏振，这四条主线覆盖了 In-Sight 现场绝大多数误检漏检的光源根因。把每次调试的光源参数和验证数据记录下来，形成自己的选型库，后续同类工件可以直接复用，稳定性优化会从经验变成可复现的工程方法。