光源
代表厂家海康，顺尚信
光源的作用
在工业视觉领域中，使用光源主要作用有以下几点：
- 将检测的区域与背景区分开
- 增强待检测目标边缘的清晰度
- 消除阴影
- 抵消噪光
光源类型及特点
光源类型可按种类进行区分，环光，条光，面光（开孔，平行，侧面，侧面平行），同轴（高亮，平行），无影（平面无影，环形无影，穹顶无影，穹顶光，方形无影），线光（高亮，集光型，同轴，高亮同轴），点光
| 光源 | 特点 | 用途 | 对象 | 参数解读（示例） | |
|---|---|---|---|---|---|
| 环形 | 均匀照明，但是容易受反光影响 | 划伤、字符识别 | 适合表面平整的物体 | R（环形）-30(外径)-45（灯珠角度）-W（颜色） | |
| 条形 | 角度可调，大面积照明，可消除表面反光 | 金属表面， | 其角度灵活可调节，适合需要大面积照射的场景 | S（条形）-45(发光长度)-12（发光宽度）-W（颜色） | |
| 圆顶 | 消除表面不平整干扰 | 金属表面/镜面/玻璃 | 适合反光，曲面，凹凸等表面 | H（圆顶）-40（光源长度）-8（配合镜头口径）-W (颜色) | |
| 同轴 | 消除凹凸产生的阴影 | 表面划伤 | 适合高反光表面，激光打标字符，二维码识别等 | C（同轴）-20（发光面尺寸）-W (颜色) | |
| 点光 | 大功率 LED， | 作为镜头的同轴光源，平行点光源通常用作背光使用 | 高精度检测 | PS/HPS/PPS（点光源/高亮点光源/平行点光源）-40（光源长度）-8（配合镜头口径）-W (颜色) | |
| 面光 | 做背光，开孔做正面光 |
光源选型
- 根据形状差异可以分为
| 形状 | 打光方向 | 光源 |
|---|---|---|
| 外型轮廓 | 打亮背景 | 背光 |
| 平面区域 | 打亮平面 | 前光高角度（明场） |
| 打暗平面 | 前光低角度（暗场） | |
| 台阶边缘 | 打亮边缘 | 前光低角度（暗场） |
| 打暗边缘 | 前光高角度（明场） | |
| 曲面，斜面 | 打亮曲面，斜面 | 漫射无影光/特定角度光源 |
| 打亮曲面，斜面 | 前光高角度（明场）/同轴光 | |
| 透明体 | 打亮背景 | 背光 |
| 打亮目标 | 平行同轴光 | |
| 2. 根据粗糙度可以分为光滑表面和粗糙表面 |
| 特征 | 打光方向 | 光源 |
|---|---|---|
| 光滑目标，粗糙背景 | 打亮目标 | 漫射无影光（高角度）/同轴光 |
| 粗糙目标，光滑背景 | 打亮目标 | 前光低角度（暗场） |
| 打亮背景 | 同轴光/漫射无影光 | |
| 粗糙目标，粗糙背景 | 打亮目标 | 漫射无影光 |
| 明场：指光源直接照射物体表面，反射光线进入照相机形成图像的过程。在这种照明方式下，光线以高角度 (45°至 90°) 照射物体，使得大量反射光进入镜头，从而形成清晰的图像。 | ||
| 特点与优势： | ||
| 高对比度：明场照明有助于形成高对比度的图像，使物体的轮廓和细节更加清晰。 | ||
| 全明场照明：全明场照明能够从多个方向照射物体，产生无方向、柔和的反射光，适合观察物体表面的整体形貌。 | ||
| 灵活性：部分明场照明则通过从某一角度照射物体，使损伤处与背景形成对比，适用于检测物体表面的微小损伤。 | ||
| 应用场景： | ||
| 观察物体的整体形貌和尺寸。 | ||
| 检测物体表面的细小凸起和破损。 | ||
| 适用于非镜面物体或表面较为粗糙的物体。 | ||
| 暗场：是一种从低角度 (小于 45°) 照射物体的照明方式。在这种方式下，平滑面的反射光向四周散射，无法直接进入镜头，而凹陷或凸起的地方则因反射光角度更大，有更多光线进入镜头，形成更亮的成像。 | ||
| 特点与优势： | ||
| 边缘凸显：暗场照明能够凸显物体的边缘和轮廓，使细节更加突出。 | ||
| 缺陷检测：对于具有纹理或高度变化的表面，暗场照明能够清晰地显示出缺陷和损伤。 | ||
| 高对比度：尽管整体图像较暗，但缺陷处与背景之间的高对比度使得缺陷更加易于识别。 | ||
| 应用场景： | ||
| 观察晶体缺陷、位错和孪晶等微观结构。 | ||
| 检测物体表面的微小划痕和凹陷。 | ||
| 适用于镜面物体或表面平滑的物体。 | ||
| 总结：明场照明时物体表面平整的部分会显示偏亮，不平整的部分会偏暗；暗场反之 | ||
| 光源位置示意图： | ||
 | ||
| 计算光源尺寸 | ||
 | ||
| 参数说明：WD 表示镜头的工作距离，wd 表示光源的工作距离，FOV 表示视场大小，θ表示视场角； | ||
| L 的含义： | ||
| 明场照明和背光：L 表示发光面积外径（长、宽）尺寸，内径受视场角范围限制； | ||
| 暗场照明：L 表示发光面积内径（长、宽）尺寸，外径受设备安装空间限制； | ||
| 无影光：内径大于视场角范围，外径越大越好（受设备安装空间限制）； |
打光技巧
按照波长由高到低即 红橙黄绿青蓝紫的顺序，颜色相近即打白，颜色相远即打黑 波长越短，穿透力越弱，扩散率则越高，反之具体可参考 【视觉】打光小tips
相机
相机类型
线阵：编码器+触发器，逐行扫描，逐步拼接成完整图像（通常需要物体或相机运动）
其拥有高的精度和大的视野
采集帧率=行频（F）/行高（H）
其中行频（F）=(横向的分辨率 (W) x 物体的运动速度 (V))/横向的视野（L）
其中画面如下情况则需调整行频
图像拉伸（运动方向）–降低行频例如保持横向分辨率和视野不变的情况下，适当减低物体的运动速度则可以有效防止图像的拉伸
图像压缩（左右方向）–增加行频保持其他不变的情况下适当增加物体的运动速度即可
适用于高度动态运动的场景
面阵：曝光+多行，适用于对速度要求不高/静态的场景（一次性捕获整个图像就跟日常见到的相机一样）
面阵相机和线阵相机示意图
相机参数
- 全局快门：通过整幅场景在同一时间内曝光实现的，在频闪光源下，光源不匹配图像是前后帧亮度不一致。
- 卷帘快门：通过 Sensor 逐行曝光的方式实现的，拍摄高速运动物体会出现拖影现象，在频闪光源下，光源不匹配图像是一帧明暗条纹。
| 参数 | 解释 |
|---|---|
| 白平衡 | 保证在不同光源下，都能将白色物体准确还原为白色的过程。 |
| 噪声 | 与图像信号不一致的信号。 |
| 曝光时间（快门速度） | 时间越长，图像就越亮，反之；增加曝光时间可以增加信噪比，使图像清晰但不能无限增加，其补偿的是拍摄时的曝光量；不影响画质。 |
| 增益 (iso) | 增加亮度，会==产生噪点==；其越小噪点越小，反之；增益越大，暗场的噪点就越多; 会影响画质。 |
| 伽马值（Gamma） | Gamma 值在 0.5~1 之间，导致图像亮度下降，暗处亮度提升，值在 1~4 之间，导致图像亮度提升，暗处更暗 |
| 分辨率 | Sensor 短边像元数 X Sensor 长边像元数；其他条件相同时，分辨率越大，图像越清晰。 |
| 信噪比 | 信号与噪声的比值，信噪比越高图像的质量越高。 |
| 动态范围 | 表示图像中所包含的从“最暗”至“最亮”的范围。动态范围越大，所能表现的层次越丰富，所包含的色彩空间也越广，它能同时记录的暗部细节和亮部细节越丰富。 |
| HRD | HDR 是一种照片处理程序，经 HDR 程序处理的照片，即使在大光比情况拍摄下，无论高光、暗位都能够获得比普通照片更佳的层次。 |
| 靶面尺寸 | 传感器总的感光面积（毫米/英寸），由 Sensor 对角线长度表示 (1 英寸等于 16 mm)，例如 1/2.7‘’ |
| 像元尺寸 | 单个像素的物理大小（微米）, 一般都是正方形，例如4 μm×4 μm |
通过分辨率与像元尺寸计算短边长边： Sensor 长边= （Sensor 长边像素 X 像元大小）/1000 （mm） Sensor 短边=（Sensor 短边像素 X 像元大小）/1000 （mm） 由其长边和短边从而可以计算出靶面尺寸，反之可以推算出其长短边数值 例如：分辨率 1280 X 1024 像元大小为 4 微米 则 长边为 1280 X 4/1000=5.120 mm 短边 1024 X 4/1000=4.096 mm 则其对角线长(由勾股定理)约等于 6.556 mm 所以其理论数值等于 6.556/16 约等于 0.410 即 1/2.44 ‘’；实际等于 1/2.7’’ (行业的规范化)
相机的选型
- 通过检测目标尺寸计算视野范围： 视野范围 FOV=(1.2~1.5) x 检测目标尺寸
- 通过视野范围和精度计算相机分辨率： 相机分辨率 R=视野范围FOV/检测精度IxN像素个数 实际选型相机视野范围大于上述值即可
例如：检测精度 0.05 mm, 检测目标尺寸长宽为 22 mm 实际计算精度 0.02 mm, 视野范围至少 4~5+22+4~5=30-32 mm/取1.24x 22 约等于 30（FOV）, 按 0.02，30 来计算相机分辨率（R）=30/0.02=1500 因此相机的分辨率宽至少需要大于 1500 即可然后根据黑白或者彩色选择相机。 相机最小分辨率=（30/0.02）* (30/0.02)=225 W 因此可以至少选择大于这个分辨率的即可例如 500 W 相机选择好后就选择镜头，保证视野范围内之后且和相机的靶面尺寸范围一致 光源面积也要大于该物体的实际检测视野
镜头
FA 镜头代表厂家海康长步道，远心镜头代表厂家灿锐
镜头特点
工业领域中常用的镜头一般是普通的 FA 镜头和远心镜头； 远心镜头相较于普通镜头具有：分辨率高，超宽景深，超低畸变，平行光等特性 区别如下
| 镜头/特点 | 光线的传播 | 成像质量 | 可调光圈 | 透视效果 | 应用场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| FA 镜头 | 光线从不同的角度折射进去，有透视失真的效果 | 随距离变化，可能存在畸变和比例失真 | 是 | 存在，物体大小随距离变化 | 日常普通拍摄，机器视觉的一般成像 |
| 远心镜头 | 光线平行传播，无透视失真 | 图像质量稳定 | 否 | 不存在，物体大小几乎一致 | 具有高精度应用的场景，比如工业检测，精密仪器的测量 |
镜头参数
核心公式：
1/s+1/s0=1/f 其中 s 代表物距，s0代表像距，f为焦距
| 参数 | 解释 |
|---|---|
| 焦距 | 镜头中心到焦平面成像的距离 其==越小视角就越大== |
| 光圈 | F=f/D; F 越小，光圈就越大，对应的背景就越虚化 |
| 景深 | 最小工作距离到最大工作距离之间的==范围==；光圈越大，焦距越长，工作距离越小，其对应景深就越小，反之 |
| 畸变 | 几何变形；枕型：图像向外凸出，桶型：图像向内凹陷 |
| 接口 | C 接口只能配 C 口相机，而 CS 接口可以配 C 和 CS 口相机 |
==加圈==的作用：
优点：增加像距，减少物距，从而使工作距离减小，缩小视野，达到放大图像的目的
缺点：减弱镜头光强，减小景深 
δ代表景深,s代表物距
加偏振片的作用：消除阴影和眩光