🎯機器視覺光源的尺寸選型的方法

在進行視覺光源方案評估時，應預留多大的位置給視覺光源，是一個很考驗工程師的技術問題。

評估時，如果前期機構設計未提前做光源測試驗證，后期大概率會出現機構預留空間過小的難題。即實際可用的光源往往比原來預留的位置大，從而與機構發生干涉；如果為了滿足尺寸要求，采用可安裝的小光源，極可能因光源不符導致成像質量差，照射效果不理想等問題，從而影響整個項目的進展。最終還是需要根據實際光源大小，不得已改動機構安裝空間，整個過程費時費力。

因而在評估視覺方案時，前期做好光源選型評估尤為重要，目前大部分的視覺方案都是先進行打光測試，確定好光源大小與高度后，再進行視覺部分的機構設計，這對后期整個項目順利開展會有很大幫助。

🎯一、選型案例

下圖是兩張光源大與小的成像對比圖：圖1由于光源小、導致光斑不能覆蓋視野區域；圖2光源大小合適，能覆蓋整個視野區域，整體效果均勻，檢測特征明顯。

圖1 成像效果圖

圖2 成像效果圖

那我們怎樣才能在未經初期打光實測的情況下，選擇大小合適的光源呢？在拿到測試樣品后，我們需要去了解檢測特征，判斷光源的光路類型與顏色，當選好這些后，我們就可以判斷所需光源的大小了。

這里主要有三點作為參考依據。

第一點：照射方式，照射方式有兩種，一為正面照射，二為底部背光照射；

第二點：鏡頭選擇，鏡頭有兩種，分別為FA鏡頭及遠心鏡頭；第三點：光源架構光源的工作距離與視野大小。

🎯二、照射方式

由正面照射方式去判斷檢測產品面是否光滑反光，不反光的面對光源大小要求不高，大概為視野的1/2大小的光源即可。

重點以反光面為例去判斷如何選擇光源的大小，首先需檢測反光面上的特征，需將光斑布滿整個視野均勻成像，這樣能有更好的對比度。

同時要知道三個參數：相機的靶心尺寸、相機到檢測面的工作距離、視野大小（視野長與寬對應的是相機芯片的長寬）。其次鏡頭是FA鏡頭還需了解下夾角參數。這樣可以得出相機鏡頭的投射角度與反射角度，如下圖（圖3、圖4、圖5），可以看到投射與反射形成的一個W狀的圖形，如果光源在投射角度外（如圖3），反射角度內就會有光斑存在；如果光源在反射角度臨界位置（如圖4），那成像的視野邊就會看到光斑；只有光源在反射邊(W)以外（如圖5），這樣才是一個均勻的成像效果圖。

底部背光照射同理，但是不需要計算反射角，光源離檢測面越遠投射的角度延伸寬度距離就越大，FA鏡頭選擇背光時可以這樣去計算評估。如下圖所示：

🎯三、鏡頭選擇

上面的兩種照射方式只說到FA鏡頭，并且圖文也是以FA鏡頭舉例參考，那么還有一種鏡頭需要說明，也就是常用的遠心鏡頭，遠心鏡頭基本為平行光路類型，所以在配合遠心鏡頭選擇光源大小時，我們只需要比實際的視野略大一點即可。如下圖所示：

🎯四、光源架構光源的工作距離與視野大小

已知相機靶心與工作距離、鏡頭夾角、光源工作距離與視野后，就可以通過計算來確定光源的大小。同時還可以通過CAD等繪圖軟件按參數繪制出圖形，直觀的看出光源的光斑在哪個位置，確定是否選到大小合適的光源。如下圖所示：

當鏡頭為普通FA鏡頭時，由相似三角形的特征可得到光源工作距離Wd與面光長L度的關系：

當鏡頭為遠心鏡頭時，選擇光源的安裝位置只需要保證: L>FOV。

🎯五、總結：光源選型 —— 機器視覺檢測的 “基礎密碼”

視覺光源選型作為機器視覺檢測方案的核心環節，其合理性直接決定系統的落地效率與性價比。正確的光源方案不僅能為缺陷識別、尺寸測量等核心任務提供清晰穩定的圖像基礎，保障整個視覺系統高效運行；更能通過精準適配場景，減少不必要的硬件投入，節省安裝空間與成本。

以上選型方法為實踐提供了方向，而結合具體檢測場景（如材質特性、缺陷類型、環境干擾）的靈活應用，才是發揮光源價值的關鍵 —— 讓每一束光都成為機器視覺 “看清細節” 的可靠支撐。