4. 照明基础与XG-X光源类型

在XG-X视觉系统中，相机与镜头决定了“能看多清”，而照明决定了“能不能看见”。同一个工件，换一种照明方式，缺陷可能从不可见变为高对比，也可能从清晰变为过曝。照明设计的核心目标不是“把工件照亮”，而是让目标特征与背景之间产生足够的灰度差或颜色差，同时抑制干扰特征。理解这一点，才能正确选择光源类型、颜色和安装方式。

一、按光路方向理解五类基础照明

工业视觉照明可按光线进入相机的路径分为反射式与透射式两大类。反射式中，光从相机同侧照射工件，相机接收工件表面反射光；透射式中，光从工件背面照射，相机接收穿过工件或绕过工件的光。

明场照明是最常见的反射式照明。光源与相机位于工件同侧，且反射光主方向进入镜头。光滑平面在明场下呈亮色，划痕、脏污等破坏镜面反射的区域呈暗色。明场适合检测表面印刷、字符、平面缺陷，但对高反光金属容易产生局部过曝。

暗场照明同样位于相机同侧，但光源以低角度掠射工件表面，镜面反射光不进入镜头，只有划痕、毛刺、边缘等散射光进入相机。因此暗场下背景暗、缺陷亮，特别适合检测透明或高反光表面的微小划痕、凸起和边缘毛刺。暗场对光源角度非常敏感，通常需要可调角度或低角度环形光源。

背光照明将光源置于工件背面，相机接收透射光，工件轮廓呈黑色剪影。背光用于尺寸测量、轮廓检测、孔位与缺口识别，能获得极高的边缘对比度。对于透明工件，背光还可配合偏振片检测内部应力或杂质。

同轴照明通过半透半反镜将光沿镜头光轴垂直照射工件，反射光原路返回相机。同轴光对镜面、光滑平面、金属表面上的字符和细微凹凸非常有效，能消除斜向阴影，获得均匀的正面反射。但同轴光对曲面和粗糙表面效果有限，且工作距离受镜头和半透半反镜限制。

条形光源是柔性最高的反射式光源，可单条、双条或多条组合，通过调整入射角度和方向实现明场、暗场或侧向照明。条形光常用于大尺寸工件、平面检测和需要定向阴影的场合，例如检测平面上的压痕或凹凸字符。

环形光源由多颗LED围成圆环，从四周以一定角度照射工件，适合圆形或小尺寸工件的均匀照明。环形光有高角度、低角度和可调角度之分：高角度接近明场，低角度接近暗场。多段环形光还可分区控制，实现不同方向照明切换。

穹顶光源是一个半球形内壁漫反射罩，LED从底部或侧面射入，经内壁多次漫反射后从各个方向均匀照射工件。穹顶光能极大抑制高反光、曲面和凹凸表面的阴影与过曝，适合检测金属圆柱面、球面、螺纹、塑料反光件等。其代价是光通量损失较大，需要更高亮度或更长曝光。

二、光源颜色与波长选择

颜色选择不是审美问题，而是对比度工程。基本原则有两条：同色增亮——光源颜色与被测特征颜色相同或相近时，该特征反射率高、图像偏亮；补色压暗——光源颜色与特征颜色互为补色时，该特征吸收光、图像偏暗。例如红色光源照射红色印刷图案，图案变亮；红色光源照射绿色图案，图案变暗。利用这一规律，可以让目标与背景的灰度差最大化。

常用波长及其典型用途如下：

选择波长时，先明确“要让什么亮、让什么暗”，再查特征与背景的光谱反射特性。若特征与背景颜色接近，可尝试用窄带单色光拉开差异；若工件表面有油污或反光，可考虑红外或偏振片配合。对于黑白相机，绿色或白色通常作为默认起点；对于彩色相机，白光是还原色彩的必要条件。

三、照明均匀性与稳定性

均匀性决定阈值分割是否可靠。若视场内亮度差异过大，同一阈值在亮区可能把背景判为缺陷，在暗区可能漏检缺陷。评估均匀性时，可在无工件状态下拍摄白板或均匀灰板，统计视场内最大灰度与最小灰度，用 (Imax - Imin) / (Imax + Imin) × 100% 估算不均匀度。工程上一般希望关键检测区域不均匀度控制在10%以内，高精度测量场合应优于5%。

稳定性则决定长时间运行的一致性。LED光输出会随结温升高而下降，驱动电流波动、光源老化、环境光变化都会影响灰度。XG-X系统中可采取以下措施：使用恒流驱动而非恒压驱动；光源与相机触发同步，只在曝光窗口内点亮，减少发热和运动模糊；定期用标准白板做亮度校准，记录基准灰度并设置报警阈值；对关键工位加装遮光罩，隔离环境光。

实际调试时，建议为每个检测工位建立一份照明参数记录，至少包含：光源型号与颜色、安装角度与工作距离、驱动电流或亮度等级、曝光时间、均匀性测量值、基准图像灰度均值与标准差。这样在换型或维护后，可以快速判断照明状态是否发生漂移，避免因照明变化造成误判。