在机器视觉系统中，光源的选型往往比相机、镜头更关键。合适的光照可以突出目标特征、抑制无关背景，从而显著提高检测稳定性和算法鲁棒性。

从照射方向和发光角度来看，常见的光源形式可以分为：正向光及其细分（同轴光、高角度光、低角度光、无影光），以及背光及其细分（直接背光、漫射背光、平行背光）等。

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一、平行背光

光路描述：
通过平行光学结构（如准直器、远心光源）使光源发出近似平行光，从下方形成高精度背光。

效果分析：

• 平行光可以精准获得不规则被测物的外轮廓。
• 对圆柱形产品、带倒角或圆角的产品，其边缘成像清晰、锐利、尺寸一致性好。
• 通常与远心镜头配合使用，可显著减少放大倍率变化和边缘畸变，非常适合高精度尺寸测量场景。

主要应用：

• 高精度尺寸测量
• 高要求外形轮廓检测

常用光源形式：

• 平行面光
• 平行同轴光等

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二、正向光

定义：光源位于被测物上方，光线从相机同侧照射到被测物表面，称为正向光。

根据光源的发光角度不同，正向光又可分为：

• 高角度光源
• 低角度光源
• 无影光源
• 同轴光源

这些光源共同的特点是：主要用于观察被测物表面反射信息，通过控制入射角来突出不同的表面特征。

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三、同轴光

光路描述：
光线先经平面反射镜反射，使反射光与镜头光轴平行，再进入镜头，这种反射光与镜头光轴平行的照明方式称为同轴光。

效果分析：

• 被测物在这种照明下类似一面“镜子”，图像中主要呈现的是来自光源的反射信息。
• 当表面出现凹凸、刻印、划痕等不平整结构时，这些区域的反射发生变化，在图像中会表现得尤为明显，便于检测微小凹凸变化。

主要应用：

• 划痕、压印、凹凸点检测
• 轮廓细节或表面缺陷检测
• 光滑金属、玻璃等高反射表面上的细微瑕疵识别

常用光源形式：

• 同轴光
• 平行同轴光
• 面光、线光配合同轴结构

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四、高角度光

光路描述：
当光线与水平面夹角 大于 45° 时，称为高角度光。

效果分析：

• 高角度照射时，被测物表面平整区域的反射光能够进入镜头，图像上表现为灰度值较高（亮）。
• 不平整区域（凹坑、划痕、毛刺等）的反射光难以进入镜头，对应区域灰度值较低（暗）。
• 因此，高角度光能突出表面“高低起伏”的差异，适合观察表面反射差异较大特征。

主要应用：

• 物体定位
• 字符识别与字符检测
• 轮廓检测
• 表面划伤检测
• 尺寸测量等

常用光源形式：

• 高角度环形光
• 条形光
• 面光
• 同轴光
• 点光等

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五、低角度光

光路描述：
当光线与水平面夹角 小于 45° 时，称为低角度光。

效果分析：

• 低角度照射时，被测物表面平整区域的反射光难以进入镜头，图像表现为灰度值较低（暗）。
• 表面不平整部分（凸起、边缘、毛刺等）的反射光则容易进入镜头，在图像中灰度值较高（亮）。
• 因此，非常适合突出表面细小凸起、边缘及刻印等特征。

主要应用：

• 物体定位
• 字符检测
• 轮廓检测
• 划伤、压痕等微小缺陷检测
• 尺寸和边缘测量

常用光源形式：

• 低角度环形光
• 条形光
• 线光等

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六、无影光

光路描述：
通过特殊结构或漫射板改变光路，使最终发出的光在空间中包含高角度和低角度成分，即多方向均匀照射，被称为无影光。

效果分析：

• 同时具备高角度光和低角度光的优点，被测物表面可获得多角度照射。
• 表面纹理、锐利褶皱等被弱化，图像整体亮度均匀、柔和，阴影很少甚至没有。
• 适合对物体整体形状和大致缺陷进行稳定成像，对反光、弧形物体有较好的抑制眩光能力。

主要应用：

• 物体定位
• 尺寸测量
• 弧形产品（如圆柱、球面、弯曲表面）表面检测

常用光源形式：

• 圆顶光（Dome light）
• 环形无影光
• 方形无影光
• 灯箱等

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七、背光

定义：
光源位于被测物的下方，光线从被测物背面照射，相机在上方观察。这一类统称为背光。

在无遮挡时，光线可以直接进入镜头，图像灰度值很高；被测物挡住光线的区域灰度值很低，从而形成清晰的黑白轮廓。背光是轮廓检测和尺寸测量最常用的照明方式之一。

根据光线特性不同，背光又可以细分为直接背光、漫射背光、平行背光。

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八、直接背光（普通背光）

这是最基本的背光形式，一般为面光源或灯箱，光线从下方直接照射。

效果特点：

• 物体轮廓清晰可见
• 被测物内部结构基本不被成像，仅得到外轮廓信息
• 对于厚度不大、边缘较整齐的产品效果良好

主要用途：

• 轮廓提取
• 孔径、外径、间距等几何尺寸测量
• 简单有无判定等

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九、漫射背光

光路描述：
光源经过漫射板散射后发光，从下方形成均匀的背光照明。

效果分析：

• 用于提取轮廓时：

  • 对于有厚度、有弧度的产品，因光线多次散射，边缘会出现一定程度的“发虚”，轮廓不够锐利；
  • 对于扁平产品，轮廓稳定且均匀，成像效果好、成本低，性价比高。

主要应用：

• 物体定位
• 尺寸测量（尤其是薄片类工件）
• 有无检测
• 基本缺陷检测等

常用光源形式：

• 漫射面光、漫射灯箱等

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十、小结：光源选型思路

在实际机器视觉项目中，可按以下思路进行光源选型：

1. 先选方向：

   • 需要轮廓 → 优先考虑各种背光（直接背光 / 漫射背光 / 平行背光）。
   • 需要表面信息 → 选择正向光（高角度、低角度、无影、同轴等）。

2. 再定角度与特性：

   • 突出凹凸、划痕、刻印 → 高角度光、低角度光、同轴光。
   • 希望画面柔和均匀、抑制反光 → 无影光、漫射背光。
   • 追求高精度尺寸和锐利轮廓 → 平行背光 + 远心镜头。

3. 最后选结构形式：

   • 环形、条形、面光、线光、圆顶光、灯箱等，根据实物大小、形状与安装空间综合考虑。