图像处理第三篇：初级篇（续）—— 照明的理论知识

为什么照明是重要的？

下图所示是对于铝制容器上的刻印字符进行检查时的图像。图像①采用了一 般的环形灯 ，而图像 ②则是在考虑到工件特点及照明效果的前提下，采用了圆顶照明。可以看到，照明效果对刻于印检查的效果造成了很大的影响。

在图像处理中，照明的作用不亚于镜头和传感器。合适的照明能凸显检测对象的特征，而不当的照明可能掩盖缺陷，导致检测失效。掌握照明设计的基本原则，是提升图像处理效果的关键。

选择照明需遵循三个步骤：确定照射方式、选择照明形状、决定光线颜色。

1.确定照射方式（镜面反射光、漫反射光、透射光等）

·观察检测部位的特点（损伤、形状、有无等）。

·观察表面（平面、曲面、是否有凹凸不平等）加以决定。

2.选择照明形状

·根据工件条件、设置条件等加以决定。 环形光、低角度光、同轴光、罩光等。

3.决定光线颜色

·根据工件和背景的材料、颜色等加以决定。 蓝色、红色、白色等。

选择照明：第一步（镜面反射、漫反射与透射）

LED 照明种类繁多，大体上可以分为如下三种。

① 镜面反射型：

镜头接收的光线是来自拍摄对象的镜面反射光线。

② 漫反射型：

避开来自拍摄对象的镜面反射光，而接收整体、均一的光线。

③ 透射型：

接收来自拍摄对象背景的光线。是一种检测轮廓的照明方式。

镜面反射型适合检测高反光表面的缺陷，如金属划痕；漫反射型适用于曲面或粗糙表面，可减少阴影；透射型通过背光成像，常用于检测物体轮廓，如薄膜的孔洞。

选择照明：第二步（确定照明方法与光线形状）

在选择了镜面反射、漫反射或透射等照明方式后，根据检查目的、背景、周围环境等确定照明类型。

一般说来，镜面反射可选择同轴入射照明、环形照明或棒型照明，漫反射可选择低角度照明、环形照明 或棒型照明，透射可选择面照明或棒型照明。其中环形照明及棒型照明的设置距离更加灵活，因此应用 范围更广。

选择照明：第三步（决定光线颜色及波长）

光线颜色的选择基于工件与背景的材料和颜色特性。利用补色原理，用补色光照射物体可增强对比度。例如，检测红色包装的点心时，蓝色光源能让红色包装呈现黑色，与背景形成鲜明对比。不同波长的光线特性不同：红光透射率高，适合检测透明薄膜下的物体；蓝光散射率高，适合表面细节检测。

为了检测纸箱中是否有红色包 装 的点心，分别使用了白色、红色及黑色的LED 光源。下图所示为三种光源造成的对比度差异。

透过包装薄膜拍摄晶片上的刻印文字。与蓝色相比，选择薄膜透射率更高（散 射率较低）的红色光源可以产生更好的反差。

2.利用波长进行检测

波长不同的光线具有不同的颜色、透射率（例如波长较大的红色光线具有较高的透射率）、散射率（例如波长较小的蓝色光线 具有较大有散射率）等特性。

LED 照明因其能耗低、寿命长、亮度可调等优势，成为工业检测的首选。在选择时，需结合具体检测需求：检测细微伤痕可选高亮度蓝光；识别颜色差异则用白光或对应补色光；检测透明物体内部缺陷，红光更合适。

照明设置后需通过监视器验证效果，必要时调整角度和亮度。例如，检测铝制容器上的刻印字符，圆顶光能消除阴影，让字符清晰显现，而普通环形光可能因漫反射导致字符模糊。

总之，照明设计是图像处理的 “隐形基石”。合理选择照明方式、形状和颜色，能最大化凸显检测特征，为后续处理提供优质图像，大幅提升检测的稳定性和精度。