良好的光源照明设计可以使图像中的目标信息与背景信息得到最佳分离，从而改善整个系统的分辨率，大大降低图像处理的算法难度，同时提高系统的精度和可靠性。

机器视觉系统中的光源主要有以下作用：

1. 照亮目标，提高亮度。

2. 形成有利于图像处理的成像效果。

3. 克服环境光干扰，保证图像稳定性。

4. 用作测量的工具或参照物。

下图所示为几种典型光源，面阵光源光源通常用作背光；高角度入射光源指光线入射角度和被检测表面的夹角接近垂直，光源中心的圆孔用于放置相机；同轴光源中 LED 产生的光线经过了过滤，其光线的方向基本都是平行同轴的，在某些场合使用同轴光可以明显提高获取的数字图像质量。

光线传播方式

根据光源中光线的传播路径可以将光源分类为直射光和漫射光，如下图所示（左侧直射光，右侧漫射光）。

直射光指发光器件的发射光线直接照射物体表面，漫射光需要在发光器件前放置中间介质来实现，如毛玻璃可以达到更为均匀的照射效果，采用这种方式可以避免在被检测表面形成局部高亮点，如形成会成为最终数字图像中的干扰噪声。

在直射光源中，入射光的角度——高角度、低角度可以实现不同的照射效果。

漫反射背光源

漫反射背光源是最常用的照射方式，在透明体表面、透明体内部不透明异物、脏污检测、透明体和半透明体突变型和部分渐变缺陷、镂空打标检测等方面应用广泛。下图所示为使用背光源的部分案例，其中图（a）为检测圆形器件的缺陷曲线；图（b）为检测平板上的裂纹；图（c）为对封装好的袋中螺钉数目进行计数；图（d）为对齿轮的磨损程度进行评估。

边缘发虚

在某些情况下漫反射背光源可能会使所成图像的边缘发虚，下图左图显示了边缘发虚的原因，被照射的物体带有倒角或是圆角边缘时容易发生这种现象。这种情况下，采用平行光源配合相应的镜头可以有效解决边缘发虚的问题。

有时需要利用被检测物体本身的透射性质达到较好的成像效果，下图所示为两个利用透射的案例。

平整性检测

在表面平整性检测中，可以通过平面光源加上栅格造影的方法，发现表面的凹凸点，并对其不平整程度进行评估，如下图所示为该方法的示意图。

无影光技术

无影光技术很早就应用在外科手术中，在机器视觉行业中，漫射无影光可用于需要光学字符识别（OCR）的场合，可以有效去除表面的眩光，使字符清晰显现。下图所示为使用漫射无影光获取字符图像的案例。

如果物体表面的字符是通过刻蚀或是铸压的方式形成的，此时光线的入射角度不同产生的图像会截然不同。下图对比了不同的光线入射角度对最终的成像效果的影响。

在某些特定应用场合中需要根据实际情况调整光线的入射角度以达到期望的效果，下图所示为对一圆柱体表面进行字符成像，通过低角度圆柱两头打光，直接反光无法进入镜头，但表面的异常（字符、划伤）由于反光程度不一样，可以呈现与背景不同的灰度，其入射光的角度与圆柱体表面弯曲度相关。

下图所示为一胶圈缺陷检测的光源设计案例，胶圈反光角度连续大范围变化，单方向照光图像均匀性很差，改用多角度独立控制组合光源，可以调出比较理想的效果，缺陷也比较明显。

偏振光

偏振光是一种特殊的光源，它在传播过程中相对于传播方向具有不对称性，如下图所示，左图为普通光，右图为偏振光。偏振光最常见的应用是 3D 电影，分别给左右眼提供具有视差的图像，使用不同方向的偏振光同时投影到屏幕上，不戴眼镜看到屏幕上的图像是有重影的。而戴上由偏振片组成的 3D 眼镜后，屏幕反射回的光线振动方向和镜片匹配的可以通过，不同的被阻挡，这样左右眼看到的是不同的图像，从而产生立体感。

偏振光

在机器视觉领域中，通常也是组合不同的偏振片以达到期望的成像效果，首先要产生偏振光，这一过程称为起偏，将偏振片放置在没有偏振特性的光源前，经过偏振片过滤得到的就是偏振光，偏振光照射到被检表面，反射后的光线用偏振片检测光强变化，这一过程称为检偏，一般基于偏振光的机器视觉系统都要设计起偏部分和检偏部分。

下图所示为利用偏振光去除钢丝反光的案例，其中通过线偏振片起偏，而用圆偏振片检偏，能有效抑制钢丝上的高亮点获得较好的成像效果。

光线频谱

光线频谱除了利用光线本身的传播性质可以取得不同效果外，光线本身的光谱性质对所成图像也有决定性影响。下图所示为不同波段对应的光波名称，表中详细列出了这些波段的属性。

颜色空间

常用的颜色空间有 RGB、CIE、HSL、YIQ 等。其中 RGB 模型也称为加色法混色模型，它是以 RGB 三色光互相叠加来实现混色的方法，因而适合于显示器等发光体的显示。

CIE 模型包括一系列颜色模型，这些颜色模型是由国际照明委员会提出的，是基于人的眼睛对 RGB 的反应，被用于精确表示对色彩的接收。

HSL 模型是工业界的一种颜色标准，是通过对色调（H）、饱和度（S）、亮度（L）三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的。下图是几种颜色空间的结构图。

在 RGB 颜色空间模型中，位于立方体两个相对顶点的色光是互补色，如黄光和蓝光互补，混合后为白光。利用这种原理，可以使用互补色照射强化被检图案。下图左图中为使用红光照射 PCB 板的成像结果，由于其背景色为绿色，与红光互补，因此标记点非常清晰。有时则需要利用和背景中某些图案相同的色光来消除干扰，下图右图为检测瓶盖上的黑色数字，利用绿色光源消除背景中绿色图案。

某些特殊应用场合需要综合使用不同色光，下图a所示为利用多角度三色组合检测焊点焊接质量的案例，其中光源采用了由红蓝绿组成的光源，三种色光从不同角度入射，根据焊接处斜面反射情况的不同，从而对于不同焊接质量可以呈现出不同的图案，如下图b所示。

不同的焊接材料对各色光的反射率不同，在应用中可以根据被测表面的背景和待检对象在反射率上的差异，选择合适的色光。下图左右两图分别为使用蓝色同轴光与红色光检测焊点焊盘的成像结果，可以看出使用合适的色光可以使焊点焊盘与背景对比明显改善。

波长角度

从光学知识可以知道，测量时使用的光线波长越短，可测的精度越高，蓝色光由于波长较短，因此可以在图像中捕获微小的划痕，如前所述，漫射光容易使被检对象的边缘模糊，因此通常使用蓝色同轴光检测物体表面划痕。下图所示为检测的案例图片。

而红外光由于波长较长，穿透性好，因此可用于一些需要能够透射塑料的场合。下图所示为两个例子，（a）中需要能显现瓶盖和瓶颈之间的缝隙，（b）中需要透视塑料包装袋，两组图中左边的图像是在普通可见光下获得的成像效果。

红外光

除了上述情况，红外光在虹膜、人脸图像采集方面也有广泛应用，交通视频监控中普遍使用红外光源与红外相机，也是利用了其穿透雾、雨等的能力较强且能昼夜连续工作的特点。下图所示为红外热成像相机及其监控效果。

紫外光

紫外光是频率高于可见光的光波。通常紫外线可用于激发被检物体发出荧光，从而能够拍摄到可见光不能照射出的特征，如人民币上的荧光特征或是暗室二维码。一些化学制剂对特定波长的紫外线有反应，而对其他波长的光线无效。下图左图为利用 365nm 紫外线检测测孕试纸，作为对比右图为普通可见光拍摄。

一般在使用有色光源，特别是单色光源时都会采用滤光片，这样只有大部分光源发出的光线进入镜头，而环境光基本被滤除。