一、背景

在进行视觉光源方案评估时，应预留多大的位置给视觉光源，是一个很考验工程师的技术问题。

评估时，如果前期机构设计未提前做光源测试验证，后期大概率会出现机构预留空间过小的难题。即实际可用的光源往往比原来预留的位置大，从而与机构发生干涉；如果为了满足尺寸要求，采用可安装的小光源，极可能因光源不符导致成像质量差，照射效果不理想等问题，从而影响整个项目的进展。最终还是需要根据实际光源大小，不得已改动机构安装空间，整个过程费时费力。

因而在评估视觉方案时，前期做好光源选型评估尤为重要，目前大部分的视觉方案都是先进行打光测试，确定好光源大小与高度后，再进行视觉部分的机构设计，这对后期整个项目顺利开展会有很大帮助。

二、选型案例

下图是两张光源大与小的成像对比图：图1由于光源小、导致光斑不能覆盖视野区域；图2光源大小合适，能覆盖整个视野区域，整体效果均匀，检测特征明显。

图1 成像效果图                    图2 成像效果图

那我们怎样才能在未经初期打光实测的情况下，选择大小合适的光源呢？在拿到测试样品后，我们需要去了解检测特征，判断光源的光路类型与颜色，当选好这些后，我们就可以判断所需光源的大小了。

这里主要有三点作为参考依据。第一点：照射方式，照射方式有两种，一为正面照射，二为底部背光照射；第二点：镜头选择，镜头有两种，分别为FA镜头及远心镜头；第三点：光源架构光源的工作距离与视野大小。

三、照射方式

由正面照射方式去判断检测产品面是否光滑反光，不反光的面对光源大小要求不高，大概为视野的1/2大小的光源即可。

重点以反光面为例去判断如何选择光源的大小，首先需检测反光面上的特征，需将光斑布满整个视野均匀成像，这样能有更好的对比度。

同时要知道三个参数：相机的靶心尺寸、相机到检测面的工作距离、视野大小（视野长与宽对应的是相机芯片的长宽）。其次镜头是FA镜头还需了解下夹角参数。这样可以得出相机镜头的投射角度与反射角度，如下图（图3、图4、图5），可以看到投射与反射形成的一个W状的图形，如果光源在投射角度外（如图3），反射角度内就会有光斑存在；如果光源在反射角度临界位置（如图4），那成像的视野边就会看到光斑；只有光源在反射边(W)以外（如图5），这样才是一个均匀的成像效果图。

图3 光源在投射角外         图4 光源在反射角临界区域       图5 光源在反射角外

图6 光源位置太近有光斑        图7 光源临界区域边有光斑    图8 光源位置合适均匀效果好

底部背光照射同理，但是不需要计算反射角，光源离检测面越远投射的角度延伸宽度距离就越大，FA镜头选择背光时可以这样去计算评估。如下图所示：

图9 光面大小不够         图10 光面大小刚好           图11 光面太大

四、镜头选择

上面的两种照射方式只说到FA镜头，并且图文也是以FA镜头举例参考，那么还有一种镜头需要说明，也就是常用的远心镜头，远心镜头基本为平行光路类型，所以在配合远心镜头选择光源大小时，我们只需要比实际的视野略大一点即可。如下图所示：

图12 远心镜头正面照射图                图13 远心镜头底部背光照射图

五、光源架构光源的工作距离与视野大小

已知相机靶心与工作距离、镜头夹角、光源工作距离与视野后，就可以通过计算来确定光源的大小。同时还可以通过CAD等绘图软件按参数绘制出图形，直观的看出光源的光斑在哪个位置，确定是否选到大小合适的光源。如下图所示：

图14 采用FA计算参考值                图15 采用远心镜头计算参考值  

当镜头为普通FA镜头时，由相似三角形的特征可得到光源工作距离Wd与面光长L度

的关系：

   WD       FOV  

————  = ——

WD + wd      L

当镜头为远心镜头时，选择光源的安装位置只需要保证: L>FOV。

六、结语

以上就是视觉光源在选型时常用的方法，希望对大家有帮助。在机器视觉检测方案中，视觉光源选型是重要的组成部分，光源方案的正确选择有利于整个视觉系统的顺利完成，合适的光源可有效能节省成本及机构安装空间。

（东莞乐视自动化科技有限公司 曾双龙）