线阵扫描成像中的光源同步技术线阵相机通过逐行扫描运动中的物体来构建完整图像,广泛应用于连续材料(纸张、薄膜、金属带材、印刷品)的在线高速检测。这种成像方式对光源提出了独特且严苛的要求:高瞬时亮度和严格的同步控制。挑战在于,为了在高速运动(物体移动和相机行扫)下获得清晰、无运动模糊的图像,每行像素的曝光时间必须极短(微秒级)。这就要求光源能在极短的瞬间(与相机行频同步)爆发出超高亮度(远高于连续照明模式)来“冻结”运动。因此,高频、高亮度、精确可控的频闪(Strobe)光源成为线阵扫描系统的标配。LED光源因其快速响应特性(微秒级开关)。系统需要精确的触发与同步机制:通常由编码器(测量物体的位置/速度)或外部传感器发出触发信号,光源控制器据此精确控制频闪的起始时刻、持续时长(脉宽)和强度,确保闪光脉冲恰好覆盖相机单行或多行曝光的时间窗口,并与物体的运动位置严格同步。光源的均匀性(沿扫描方向的线光源均匀性)和稳定性(避免亮度波动)也至关重要,直接影响图像质量和检测一致性。合理设计线光源的形状(细长条形)、长度(覆盖扫描宽度)、照射角度以及与物体的距离,是实现高效、可靠线阵检测的关键环节。光源漫射罩消除镜面反光。舟山高亮条形光源平行点

同轴漫射光源(DomeLight):解决高反光表面的利器面对具有镜面或高度反光表面(如金属、抛光塑料、镀层、玻璃、光滑芯片)的物体时,传统的直接照明会产生强烈的眩光(HotSpot),淹没关键特征信息。同轴漫射光源,常被称为穹顶光(DomeLight),是解决这一挑战的有效方案。其重要设计是一个半球形的漫射内腔,内壁密布LED。光线经半球内壁的多次漫反射后,形成来自四面八方的、极其柔和且均匀的漫射光照射到被测物表面。这种照明方式的精髓在于:它将点光源或小范围光源扩展为一个大面积的、近乎理想的“面光源”,突出减小了物体表面法线方向微小变化引起的光强剧烈波动。结果是,即使是高度反光的表面,也能呈现均匀的灰阶,有效抑制眩光,同时清晰地显现出表面细微的纹理变化、划痕、凹坑、异物或字符,而不会被强烈的反射光斑掩盖。穹顶光特别适用于检查金属加工件(车削、铣削、冲压)、光滑注塑件、电子元件(芯片、连接器)、镜片、珠宝等。选择时需关注穹顶尺寸(匹配视场和工作距离)、开口大小、漫射材料均匀性以及光源亮度。其缺点是结构相对较大,可能占用较多空间。河南环形光源双向无影高角度环形高亮度光源应对高速拍摄。

背光照明:轮廓与尺寸测量的黄金标准背光照明(Backlighting)是机器视觉中用于获取物体清晰、高对比度轮廓图像的经典方法。其原理是将高亮度、高均匀性的光源(通常是面光源或大面积漫射板)置于被测物体后方,相机从物体前方拍摄。此时,不透明的物体会在明亮的背景上呈现为剪影(Silhouette)。这种照明方式的重要价值在于它能比较大化物体边缘与其背景的对比度,几乎完全消除了物体表面纹理、颜色或反光特性的干扰。因此,背光成为高精度尺寸测量(如孔位、直径、间距)、轮廓检测、形状验证以及透明物体(如玻璃瓶、薄膜)内部杂质或气泡检测的理想选择。背光光源通常要求极高的均匀性(>90%),以避免轮廓边缘亮度梯度影响测量精度。常见的背光类型包括LED面板背光(集成漫射层,均匀性好)和远心背光(结合远心镜头,消除通透误差,实现真正平行的轮廓投影)。应用时需精确控制光源尺寸(需大于被测物并覆盖视场)、亮度以及物体与光源的距离,确保轮廓清晰锐利且无光晕效应。对于非平面物体或需要内部特征信息的场景,背光则不适用。
光源颜色(波长)选择策略光源的颜色(发射光谱的中心波长)是机器视觉照明设计中至关重要的策略性选择,直接影响目标特征与背景的对比度。选择依据的重要是被测物颜色及其光学特性。互补色原理是常用策略:照射的颜色与物体颜色互为补色时,物体吸收更多光而显得更暗,背景(若反射该光)则亮,从而大化对比度。例如,用红光照射绿色物体,绿色物体会吸收红光(显得暗),而白色背景反射红光(显得亮)。有时也用同色光照射以增强该颜色的饱和度。此外,某些材料对特定波长有独特吸收/反射/荧光特性(如红外穿透塑料、紫外激发荧光)。结合相机前的带通滤镜,只允许特定波长的光进入相机,可有效抑制环境光干扰并增强目标光信号。常用单色光源波长包括:红光(630-660nm),通用性好,对金属划痕敏感;绿光(520-530nm),人眼敏感,相机量子效率高,常用于高分辨率检测;蓝光(450-470nm),对细微纹理、划痕敏感(短波长衍射效应弱),常用于精密检测;白光则提供全光谱信息,适用于颜色检测或多特征综合判断。选择时需考虑相机传感器的光谱响应曲线。多通道光源可切换不同波长。

传统的彩色(RGB)机器视觉基于人眼三色原理,而多光谱(Multispectral)和高光谱(Hyperspectral)成像则通过获取物体在数十至数百个连续窄波段下的图像,揭示更丰富的光谱指纹信息。这对光源提出了特殊要求:宽光谱覆盖:光源需要提供足够强度且均匀的照明,覆盖从紫外、可见光到近红外(UV-VIS-NIR,如350-1000nm或更宽)的宽范围。常用高亮度卤钨灯(稳定连续光谱)或特定组合的LED阵列(覆盖关键波段)。光谱稳定性:光源的光谱输出必须高度稳定,避免漂移影响分析结果。卤钨灯需恒流供电,LED需精确控温控流。均匀性要求极高:不仅是空间均匀性,光谱均匀性(不同位置光谱成分一致)同样关键,否则会导致光谱数据失真。可能需要积分球匀光或精密光学设计。照明方式适配:根据应用(反射、透射、荧光)选择前向照明(如环形光、穹顶光)、背光或特定角度照明。高光谱光源常用于:材料分类与鉴别(塑料分选、矿物分析);化学成分检测(农产品糖度、水分、成熟度;药品有效成分);生物医学应用(组织病理、细胞分析);精细农业(作物健康监测);环境监测;防伪等。光源的性能(亮度、稳定性、均匀性、光谱范围)是获得高质量光谱数据立方体并进行有效分析的前提。环形光源为定位检测提供均匀照明。丽水高亮条形光源多光谱
红光光源常用于单色相机。舟山高亮条形光源平行点
点光源与光纤导光:精细聚焦与微距应用在机器视觉中,当需要极高亮度、极小光斑或深入狭窄空间进行照明时,点光源(SpotLight)结合光纤导光技术成为关键解决方案。点光源通常指能产生高度汇聚光束的光源单元,而光纤(如玻璃光纤束或液体光导管)则负责将光线从光源发生器高效、灵活地传导至远端需要照明的微小区域。这种组合的优势在于:极高的光强密度:可将强大光能汇聚于微小目标点;灵活性与可达性:光纤非常细小柔韧,可轻易伸入设备内部、深孔、缝隙或复杂结构周围进行照明,不受空间限制;热隔离:光源发生器(常为高功率卤素灯或LED)可放置在远离检测点的地方,避免热量影响敏感的被测物或光学元件;光斑形状可控:通过在光纤输出端加装微型透镜或光阑,可精确控制光斑的大小(从毫米级到亚毫米级)、形状(圆点、线、方框)和照射角度。点光源光纤照明在微电子(芯片、引线键合、焊点检测)、精密机械(钟表零件、微型齿轮)、生物医学(内窥镜辅助)、科研显微以及需要局部高亮照明的场景(如微小划痕、特定标记点检查)中不可或缺。选择时需平衡光强需求、光斑尺寸、光纤长度(光损)和光源的稳定性。舟山高亮条形光源平行点