2. 光源类型选择与打光方案设计
任务拆解：金属划痕在什么条件下才“看得见”
金属表面划痕检测的难点不在相机，而在划痕与背景的对比度。划痕本质是微小的凹凸形变，它本身不发光，只能通过改变反射方向被相机捕捉。因此打光方案的核心是：让划痕区域的反射光偏离相机光轴，而平整区域的光进入相机（或反之），形成明暗差异。
本例以一块拉丝铝合金样件（表面粗糙度 Ra≈0.8μm，存在宽 0.05～0.2mm、深 5～20μm 的横向划痕）为对象，对比三种光源的成像效果并给出选型依据。
三种光源的反射几何差异
判断光源是否适用，先看它的入射方向与相机接收方向的关系：
- 环形光：以一定角度从四周斜射，平整表面将光反射到相机之外，视场偏暗；划痕的斜面把光“折”进相机，划痕呈亮线。适合检测凹坑、划痕、字符。
- 条形光：单向低角度掠射，光几乎平行于表面。平整面几乎不反射，只有划痕边缘的陡坡产生散射亮线，对比度最高，但方向性强，只对垂直于光条的划痕敏感。
- 同轴光：光经半透半反镜后垂直入射，平整镜面把光原路反射回相机，背景亮；划痕因倾斜把光偏折，呈暗线。适合高反光镜面，但拉丝面会因漫反射导致整体发灰。
选型判断：先看表面状态，再看划痕方向
三种光源没有绝对优劣，选型取决于两个变量：表面粗糙度和划痕走向。
| 光源 | 适用表面 | 划痕方向要求 | 预期对比度 | 本例适用性 |
|---|---|---|---|---|
| 环形光 | 漫反射/半光泽 | 无方向限制 | 中等 | 拉丝面漫反射强，对比度不足 |
| 条形光 | 低粗糙度、可掠射 | 需垂直于光条 | 高 | 横向划痕可用，需旋转验证 |
| 同轴光 | 镜面/高反光 | 无方向限制 | 高（镜面） | 拉丝面整体发灰，不适用 |
本例样件为拉丝面，同轴光会因漫反射使背景整体变亮，划痕对比度被压缩，直接排除。环形光虽能成像，但拉丝纹理本身会产生大量方向性散射，与划痕信号混叠。因此低角度条形光是首选方向，但必须验证划痕走向与光条方向的匹配关系。
打光方案设计与验证
采用条形光时，关键参数是入射角和光条与划痕的夹角。入射角越小（越接近掠射），平整面反射越弱，划痕散射越突出，但光强利用率下降，需要提高亮度或延长曝光。
验证方法：固定相机与样件，将条形光以 15°、30°、45° 三档入射角分别拍摄，每档下旋转光源使光条与划痕夹角为 0°、45°、90°，共 9 组图像。对每组图像计算划痕区域与邻近背景的灰度差 ΔG，ΔG 最大者即为最优组合。
示例判读（教学假设数据，非实测）：
- 入射角 15°、夹角 90°：ΔG ≈ 85，划痕清晰，背景暗且均匀
- 入射角 30°、夹角 90°：ΔG ≈ 62，划痕可见，背景略亮
- 入射角 45°、夹角 90°：ΔG ≈ 38，对比度下降
- 夹角 0°（光条平行划痕）：各角度下 ΔG 均 < 20，划痕几乎不可见
若现场无法旋转光源，可旋转样件使划痕垂直于光条，效果等价。对于多方向划痕，需采用两组正交条形光分时拍摄后融合，或改用圆顶光降低方向敏感性。
最终方案与参数记录
综合判断，本例最优打光方案为：低角度条形光，入射角 15°，光条垂直于划痕走向。该方案下平整拉丝面反射光偏离相机，划痕边缘散射光进入相机，形成暗背景上的亮线，对比度最高。
实施时需记录以下参数以便复现：光源型号与发光面尺寸、入射角、工作距离、光条与划痕夹角、相机曝光时间、增益、镜头光圈。更换样件或划痕方向变化时，优先调整夹角至 90°，再微调入射角。
条形光方向性强，若产线上划痕方向不固定，单一角度会漏检。此时应评估双光源正交分时方案，或改用环形光配合偏振片抑制拉丝纹理，但需重新验证对比度是否满足检测阈值。