對(duì)于一個(gè)機(jī)器視覺系統(tǒng)來說，但很多人會(huì)忽略一個(gè)極其關(guān)鍵的角色——光源。它就像視覺系統(tǒng)的“太陽”，決定了這個(gè)世界能被“看”得多清楚。你想想，在伸手不見五指的漆黑夜里，就算給你一雙鷹眼，你也啥都看不見，對(duì)吧？機(jī)器視覺也是同一個(gè)道理。一個(gè)設(shè)計(jì)拙劣的打光方案，能讓最頂尖的相機(jī)和軟件瞬間變成“睜眼瞎”；而一個(gè)精心設(shè)計(jì)的光源，卻能化腐朽為神奇，讓普通的硬件也能出色地完成任務(wù)。今天，我們就聊一聊光源怎么選，光又該怎么打。

一、光源的選型

第一步，咱得搞清楚你要檢測(cè)的物體是什么材質(zhì)。它的表面是鏡面反光得像不銹鋼，還是粗糙漫反射得像一張A4紙？它是透明的像玻璃瓶，還是高吸收率的像黑色橡膠？不同的材質(zhì)，對(duì)光的反應(yīng)是天差地別的。摸清了物體的底細(xì)，接下來就是挑選光源類型了。

環(huán)形光源

像手術(shù)室里的無影燈，它能提供均勻的照明，能很好地消除陰影，適合用來給一般的平面物體打底光，看看有沒有劃痕、凹凸什么的。

條形光源

靈活性超高，你可以單獨(dú)用一條，或者幾條組合成一個(gè)角度，特別擅長勾勒物體的邊緣輪廓，或者給長條形的區(qū)域提供均勻照明。

圓頂光源

要是遇到那種反光能當(dāng)鏡子用的物體，比如金屬表面、玻璃蓋板上的劃傷檢測(cè)，就可以使用圓頂光，它通過半球形的漫反射內(nèi)壁把光打得特別均勻柔和，能完美地消除反光，讓底下的瑕疵無所遁形。

同軸光光源

同軸光像是給相機(jī)鏡頭戴上了一副“魔法眼鏡”，它的光線方向與相機(jī)鏡頭軸線平行，特別適合用來檢測(cè)光滑表面上的極其細(xì)微的劃痕、凹凸不平（比如手機(jī)屏幕的麻點(diǎn)），或者精確測(cè)量鏡面物體的高度。

背光源

它通常是個(gè)方形的面板，讓物體擋在光和相機(jī)中間，能產(chǎn)生非常高對(duì)比度的輪廓剪影，是尺寸測(cè)量、定位和檢查物體形狀缺失的絕對(duì)利器。

選完了類型，參數(shù)也得跟上。光的顏色（波長）很重要。要找出產(chǎn)品上的紅色標(biāo)簽？試試用紅色的光去打，標(biāo)簽會(huì)變得特別亮，而其他顏色會(huì)變暗，對(duì)比度一下就拉開了。這就是利用互補(bǔ)色原理來增強(qiáng)特征。

光的強(qiáng)度也不能忽視，太弱了信號(hào)不足，太強(qiáng)了容易過曝，還可能把被測(cè)物給烤壞了。所以，選型就是一個(gè)不斷權(quán)衡和匹配的過程，目標(biāo)只有一個(gè)：讓你關(guān)心的那個(gè)特征（比如瑕疵）和它所在的背景（產(chǎn)品本體）之間的對(duì)比度達(dá)到最大，讓相機(jī)能毫不費(fèi)力地把它抓出來。

二、打光方案

光有好光源還不夠，還得會(huì)怎么打光，核心就在于光線和物體的幾何關(guān)系。這就好比攝影師給人拍照，順光、逆光、側(cè)光，出來的效果和情緒完全不同。在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)過長期實(shí)踐，形成了若干種經(jīng)典且有效的打光方式。

正面照射

光源和相機(jī)在差不多同一側(cè)，光線直接照亮被測(cè)物表面然后反射回相機(jī)。這種方式適用于大部分表面特征明顯的二維檢測(cè)，比如讀取二維碼、檢測(cè)包裝印刷缺陷。但它有個(gè)天敵，反光。一旦物體表面光滑，討厭的耀斑就會(huì)淹沒掉關(guān)鍵信息。

低角度照射

把光源放在一個(gè)側(cè)下方角度，幾乎貼著物體表面打光。對(duì)于一個(gè)完美光滑的表面，光線會(huì)直接滑走，不會(huì)進(jìn)入相機(jī)，所以畫面一片漆黑（形成暗場(chǎng)）。但一旦表面有哪怕一丁點(diǎn)的凸起或凹陷，比如劃痕、磕碰，這些地方就會(huì)把光散射開來，其中一部分光就會(huì)在漆黑的背景上形成一條非常醒目的亮線。這下，瑕疵想藏都藏不住了。適合檢測(cè)金屬表面的劃痕、玻璃上的裂紋。

背光照射

這理解起來最簡單，就是把物體放在光源和相機(jī)中間，物體把光擋住。相機(jī)看到的不是一個(gè)被照亮的表面，而是一個(gè)清晰的、高對(duì)比度的黑色剪影。這種方式剝離了一切顏色、紋理的干擾，只專注于物體的外形輪廓。用來檢查零件的形狀是否完整、孔徑大小是否符合標(biāo)準(zhǔn)，或者定位物體的精確位置，是再合適不過了。

同軸照射

它通過一塊特殊的分光鏡，讓光線沿著與相機(jī)鏡頭軸線完全平行的方向射出。當(dāng)這束“正”光打到非常平整的鏡面上時(shí)，它會(huì)原路返回，相機(jī)看到的就是一片均勻的亮。但如果表面有那么一丁點(diǎn)的不平（比如細(xì)微的劃痕或凸起），光線就會(huì)發(fā)生漫反射，無法全部返回相機(jī)，那個(gè)瑕疵點(diǎn)就會(huì)在明亮的背景上呈現(xiàn)為一個(gè)暗點(diǎn)。這種方式對(duì)于檢測(cè)高反光表面上的微小瑕疵，效果極其出色。

當(dāng)然，現(xiàn)實(shí)世界的檢測(cè)需求往往更加復(fù)雜，單一的打光方式有時(shí)無法滿足所有要求。這時(shí)候就需要組合打光方式上場(chǎng)了。組合打光就像是給視覺系統(tǒng)配上了多盞不同功能的"聚光燈"，各自負(fù)責(zé)照亮不同的特征。比如在檢測(cè)易拉罐時(shí)，我們可能會(huì)用穹頂光來壓制罐身整體的弧形反光，同時(shí)再用一個(gè)小角度的條形光專門打亮罐底的噴碼，這樣就能同時(shí)獲得干凈的背景和清晰的字符。

聊了這么多，我們可以下一個(gè)結(jié)論了：在機(jī)器視覺系統(tǒng)里，光源和打光方案絕不是配角，而是奠定整個(gè)項(xiàng)目成敗的基石。它花費(fèi)可能只占整個(gè)系統(tǒng)的5%-10%，但它起到的作用，絕對(duì)超過了50%。一個(gè)好的打光設(shè)計(jì)，能極大地降低后續(xù)圖像處理算法的復(fù)雜度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，真正做到事半功倍。而一個(gè)壞的設(shè)計(jì)，則會(huì)讓你在軟件的坑里不停地填坑，事倍功半，最后項(xiàng)目還可能失敗。

所以，下次當(dāng)你規(guī)劃一個(gè)機(jī)器視覺檢測(cè)項(xiàng)目時(shí)，千萬別一上來就埋頭研究用多高分辨率的相機(jī)、多厲害的算法。不妨先停下來，拿出點(diǎn)時(shí)間，好好地端詳一下你要檢測(cè)的物體，思考一下它的物理特性。你會(huì)發(fā)現(xiàn)，很多時(shí)候，最高效、最可靠的解決方案，恰恰就藏在這一束恰到好處的光線里。