五、光源应用
5.1 光的应用技巧
明场VS暗场 | 部分明场 | 暗场 | 轴向漫射（全明场） | 圆顶漫射（全明场） |
| 光照类型 | 环状、点状 | 有角度环形、条光 | 漫射盒 | 碗型光 |
| 反射面 | 无反射面 | 负反射面 | 有反射面 | 有反射面 |
| 应用场合 | -无镜面反射 -区域照明 -可用作暗场照明光源 | -有或无镜面反射 -表面 -边缘 -部分透明 | -有或无镜面反射 -平面或有纹理 -倾斜面 | -有或无镜面反射 -曲面 -考虑环境光因素 |
| 需求 | -无工作距离限制(仅限制需要照明部分的亮度) | -光源尽量靠近零件 -Lare footprint -光斑尺寸有限 -环境光干扰相机的光 | -光源尽量靠近零件 -Lare footprint -较小的环境光干扰 -分光镜减少了进入内径的一半 | -光源尽量靠近零件 -Lare footprint -相机尽量靠近光源 -光斑尺寸是光源 |
照明几何及技术
如何为特定的机器视觉任务确定最佳照明?事实上，为了有把握地为视觉系统选择正确的照明，必须考虑若干方面的问题。
应用目的
如果想要检测物体的表面，以查看缺陷或印刷文字等特征，则需要前照式照明-即光线从相机侧发出。合理选择光线方向或目标 表面的入射角以及其他光学特性(例如采用散射光还是直射光)，具体取决于需要突显的具体表面特征。另一方面，如果想要测量物体的直径或长度，或想要定位某个通孔，则获得最大边缘对比度的最佳方法为选择背照式照明-即射向相机的光线被物体挡住。处理更复杂的情况(如透明材料)时，可能难以做出选择，有时必须考虑混合解决方案。
照明角
确定前照式照明还是背照式照明更加适合后，我们必须设定光线射向物体表面的角度。尽管该角度可能发生变化，前照式照明和背照式照明存在两个重要的子类型：明视场照明和暗视场照明。由此产生的四种组合描述如下(图1)。
这种情况最为常见，且非平面特征(如缺陷、刮痕等)可将光线散射到镜头的最大接收角度之外的区域，进而在明亮背景中显示暗特征(明视场 - 参见图 2、图10.a 和图4.b)。明视场、前照光可由LED条形光源或环形光源提供，具体取决于系统对称性(图3)。在两种情况下，LED灯可透过介质进行导向或散射 (有时首选后者，以避免反光表面的照明不均匀)。
在暗视场、前照式照明中，光学镜头不收集反射光。在这种情况下，只能捕获到散射光，进而使表面的非平面特征在暗背景上增强显示为较亮特征(暗视场图6.b)。
在明视场、背照式照明中，如果材料不透明(图7)，光线会被阻挡，如果材料透明，光线会经表面透射。在第一种情况中，我们可以看到物体的轮廓(白色背景上的黑色物体-参见图9和图11)。在后一种情况中，透明物体的非平面特征在白色背景上呈现黑色；在这第二种情况中，除非透明表面存在尖锐边角(例如，塑料中夹杂的气泡)，否则对比度通常较低。使用专为高精度应用而设计的散射背光灯(图8a、8b和图9)或远心照明器(图10图和11)可以实现上述照明技术。
在暗视场、背照式照明中，系统仅收集样品的透射光或非平面特征的散射光，进而使这些特征在暗背景上增强显示为较亮特征(图12)。这种照明技术可透过在透明样品后放置环形光源或条形光源实现。
同轴照明。前照光射向垂直于物体平面的物体表面，我们将这种照明方式称为同轴照明。同轴照明也可为平行光源，即光线平行于光轴(在一定角度之内)。为获得这种照明效果，可将同轴箱与任何型号(定焦、微距或远心)的镜头或内建同轴照明器的远心镜头组合使用。不同组合的差异在于准直度不同，这将导致在高反光度的表面上寻找缺陷时所能达到的对比度有所不同。请参见图13和图14。
圆顶光源和隧道光源。如果必须检查具有复杂凸起几何形状的物体，以检测特定的表面特征，则不同角度的前照式照明是最适合的选择，因为这种照明可以消除导致不均匀照明的反射：圆顶光源是此类应用的理想解决方案，因为这种光源几乎可以从任何方向提供照明(图15及图16)。事实上，圆顶光源有时也称作「阴天」照明器，因为这种光源可以提供犹如阴天的均匀光线。另一种类型的照明几何为隧道照明：此类光源的设计目的是在细长柱状体上提供均匀的照明，并且在顶部设有圆孔(如同圆顶光源)。
组合和高级照明解决方案。有时，为检测几何形状十分复杂的物体，有必要组合不同类型的光源以有效突显表面缺陷。例如，圆顶光源和低角度光源的组合对于在整个视野内提供均匀的照明非常有效。「组合」照明的一个范例为系列的镜头，这种镜头可提供一体化圆顶光源和低角度环形光源，二者可同时使用或各自单独使用(参见图17)。
平行光源与远心镜头结合使用可使远心镜头的自然景深增加约+20/30% (这当然也取决于其他因素，例如镜头类型、光波长和像素尺寸)。此外，得益于出色的光耦合，物体与光源之间的距离可以根据需要增加，在此过程中，影像质量不会受到影响。这是因为照明器的数值孔径(NA)低于远心镜头的NA。因此，光学系统显示的景深与镜头和照明器具有相同的NA时一样，同时由远心镜头实际NA所决定的图像分辨率维持不变。如果您需要检查具有弯曲边缘的物体，平行光源为最佳选择；因此，这种照明技术广泛用于轴、管、螺钉、弹簧、O形环和类似样品的测量系统中。
5.2 明场 vs.暗场（Bright field & Dark field）
5.2.1 明场照明
表面纹理特征得到加强；
倾斜的高度变化将变得暗淡。
5.2.2 暗场照明
强化高度改变；
漫射面表现明亮；
平抛光面表现暗淡；
形状和轮廓得到加强。
5.2.3 明场与暗场示意
5.2.4 明场与暗场示例
