机器视觉照明是一个广泛的话题，但一篇简短的文章可能会有用，因为一些核心概念并不广为人知。有人说:“如果你不能简单地解释它，你就不能很好地理解它，”所以我们将努力省略令人印象深刻的数学和术语。

我们将从三个核心陈述开始:

• 的使命机器视觉照明并不是要“点亮它”，而是要创建可靠的区分，使预期的检查程序能够工作。对于传统的基于规则的机器视觉(vs。深度学习)创建的区分通常也需要是“简单规则”类型。
• 机器视觉照明设计不仅仅是光源。它是光源、相机或成像系统和工件之间的三向几何关系。选择相机或工件的位置和方向往往是“照明”设计的一部分，这三者之间的几何关系始终是照明设计的一部分。
• 正确的照明设计是确保机器视觉项目成功的关键。这种说法超出了它看起来的常规陈词滥调;忽视这一点是机器视觉项目失败的最常见原因之一。

让我们简化讨论，将其缩小到2D成像和传统的基于规则(与深度学习)的机器视觉。

你已经直观地知道了机器视觉照明设计的一些主要概念，即使你不认识它们或将它们应用到机器视觉中。让我们来看看如何识别和描述它们，以便将它们应用到机器视觉解决方案中。

在我们的示例中，我们将使用图1所示的光滑打印项。我们还引入了一个缺陷:穿过色轮的黄色和橙黄色部分的折痕/凹痕。STAR首字母缩略词涵盖了击中工件的光线的四种主要命运(散射、传输、吸收、反射)。理解和使用这些行为是机器视觉照明设计的核心。散射和反射是我们今天所关心的，如图2所示。

发光表面的平坦部分使部分光束以与入射角相同的角度向相反方向反射。反射光束非常强烈。有光泽的表面有点像一面镜子。如果你把眼睛放在光束上观察表面，你会看到光源的图像，而不是产品。一个常见的名称是眩光。

在光泽度下的暗卡将光转换成工件的任何颜色，并将其散射到各个方向。在任何一个给定的接收点，来自那个点的散射光要比反射光弱得多。

第一个检查任务是测量我们在色轮上放入片段的折痕/凹痕的大致长度，看看它是否严重到足以拒收产品。虽然图1中使用的照明在大多数标准下都很好，但对于这个任务来说，这是最糟糕的照明;它使凹痕完全看不见。但是，如果我们把卡片递给你，你就会直观地知道如何创建一个合适的照明解决方案来完成任务。你可以在房间里选择一个发射面积大的光源，比如2英尺x 4英尺的漫射顶灯，或者一扇能让外面的强光进来的窗户。把卡片拿平，你就可以看到来自光源的眩光，你可以调整它，让眩光覆盖整个感兴趣的区域。这种调整创造了“简单规则”差异。规则是，“好的地方亮，坏的地方暗。”您的视觉图片将如图3所示，其中眩光覆盖了整个图像。从那里，你的大脑或机器视觉程序可以很容易地根据明/暗区分缺陷并进行评估。 The glare area is called a specular lighting solution.

您可能选择了最优的方法来为凹痕创建可靠、简单的规则区分，但还有其他方法。一种可能是将光线以极低的角度引入，从而使凹陷处的区域产生阴影。这种效应是术语“暗场”的众多含义之一。另一种方法是放置你的眼睛/相机，这样就不会有来自平面的眩光，并依靠凹痕内有光泽的部分处于正确的角度，以提供明亮的镜面反射(图4)。

第二个任务是测量和验证黄色段的面积。要做到这一点，我们需要将黄色部分与其邻居分开。提前思考，你将使用颜色分析软件工具来做这件事。在随意的随机光照下，工件的某些区域会产生眩光。请注意图3中眩光区域的颜色是如何难以看到的，这将导致一个非鲁棒的机器视觉解决方案。如果您拿到了卡片，您将通过移动卡片直观地创建适当的照明解决方案，使感兴趣的区域没有眩光，使其看起来如图1所示。然后你的机器视觉相机和软件可以很容易地分离、测量和验证黄色区域。

下面是我从这个过程中学到的另外三个技巧:

1. 正如机器视觉过程的通常情况一样，设计从后面的阶段开始，然后从那里向后工作。这并不意味着预先设计整个程序。这意味着选择使用照明解决方案的核心方法。在我们的例子中，这些是通过颜色或明暗区分的软件工具。
2. 在我们的主要解决方案中，我们没有确切地看到凹痕。我们所看到的是来自平面的镜面反射缺失的区域。
3. 关于光源的性质，最重要的是它的发射面积，即发光区域的几何形状。

平坦的表面使我们的颜色识别任务变得简单。表面都是相同的角度，因此避免眩光更简单，平坦的表面本身也不会产生阴影。对于更复杂的形状，这两种影响更难避免。其中一种技术是使用极漫射光源，从各个方向提供低水平的光。一个经典的例子是一个大小和位置合适的圆顶灯。它就像外面的阴天，没有来自太阳的直接光线，天空中的每一片都是被点亮的云(低水平的光源)。

人们凭直觉知道如何做的事情，他们往往不知道如何应用到机器视觉中。一位客户长期无法在光滑的表面上阅读字符，并寻求额外的机器视觉软件培训课程来解决这个问题。我们看到了图像并复制了问题，即有人认为在相机上安装环形灯是一种很好的照明方式，这与任务所需要的完全相反。我们把灯关了，把一个五金店的手电筒放在正确的地方，他们两年的问题就解决了。这进一步强调了将基本原则应用于照明设计的重要性。希望本文对其中一些方法提供了有用的介绍。