2D视觉-如何针对不同场景选用不同的打光方式

机器视觉的本质是 “把光信号转化为数字信号”。相机的传感器（CMOS/CCD）是个“瞎子”，它只能记录光子。 如果光没打好，目标特征和背景糊在一起，再牛的深度学习模型、再复杂的边缘提取算法，也救不回一张“废片”。优秀的打光，能把复杂的算法问题，降维成最简单的“二值化（黑白分明）”问题。

1. 明场照明 (Bright Field)

 打光原理： 光源和相机在物体的同一侧，光线以较大的角度（通常大于45°）直接照射在物体表面，相机接收的是物体的镜面反射光。

 适用场景：表面平整、反光率均匀的物体。

印刷品检测、包装外观检测、电路板（PCB）表面元器件有无检测。

缺点： 如果表面有凹凸不平或划痕，明场光会把它们“藏”起来，因为划痕不会把光反射进相机里。

2. 暗场照明 (Dark Field)

如图所示检测螺纹表面瑕疵，高角度打光并效果很差，则采用低角度打光

低角度的打光原理与明场相反！光源以极低的角度（通常小于30°） 掠过物体表面。相机在正上方接收光线。 如果表面平整，光线会直接“滑”过去，相机看到的一片漆黑；如果表面有划痕、凸起或脏污，光线就会发生散射，这些缺陷在相机里就会“闪闪发光”！如下图所示。

 适用场景：

• 金属表面的微小划痕、压伤检测。

• 玻璃表面的崩边、灰尘检测。

• 晶圆（Wafer）表面的颗粒缺陷检测。

3.同轴照明 (Coaxial)

下图是用环光照射检测塑料瓶口缺陷的图片，图片中无关因素干扰较多，检测困难。

此种场景适合选用同轴光源打光

 同轴光源的打光原理为利用半透半反镜（分光镜），让光线和相机处于同一光轴上。光线垂直打在物体上，相机也垂直接收反射光。效果如下图所示，减少了无关因素的干扰。

 适用场景：

• 高反光表面（如硅片、玻璃、金属抛光面）的检测，能有效消除反光光斑。

• DPM码（金属上激光雕刻的二维码） 读取。

• 芯片引脚的共面性检测。

缺点： 同轴光对平整度要求极高，如果物体表面有倾斜，反射光就会偏离镜头，导致画面出现“阴阳脸”（一半亮一半暗）。

4.背光照明 (Backlight)

在需要测量尺寸的场景中，采用正面光可能会导致物理轮廓对比不明显，无关干扰项过多等问题。此时需要采用背光打光。

背光打光的打光原理是光源放在物体的正后方，光线穿透物体（或从物体边缘透过来）进入相机。相机拍到的是物体的剪影（轮廓）。

背光可以直观突出物体的外观轮廓，

适用于高精度尺寸测量（如螺丝直径、冲压件外形），透明物体（如玻璃瓶、输液管）内部的液位、气泡检测，薄膜材料的破洞、异物检测等方面。

背光成像效果