网格扭曲、细节模糊以及不一致等问题困扰着您的扫描。罪魁祸首是什么？通常情况下，这是光照条件对机器视觉的影响。

即使是最先进的 3D 视觉系统通常也会对光照条件敏感。不受控制的光线，无论是过亮、过暗还是分布不均，都会影响扫描仪捕捉清晰、准确的目标图像的能力。在本文中，我们将介绍光照条件如何影响机器视觉性能，以及如何优化光照设置以获得最佳扫描效果。 

照明在机器视觉应用中起着关键作用

照明在机器视觉应用中至关重要，因为它直接影响成像和分析的有效性。适当的照明对于获得清晰准确的图像至关重要，从而能够精确检测缺陷或异常。精心设计照明技术可以显著增强对比度，从而更容易区分图像中的不同物体和特征。

此外，充足的照明对于降低噪声至关重要，从而提高信噪比。这可以带来更可靠、更一致的结果，这在工业环境中至关重要。照明解决方案还可以用来控制景深，确保特定区域保持清晰，而其他区域则保持模糊，从而提高整体图像清晰度。

凭借丰富的照明选项，机器视觉应用可以根据特定需求进行定制，从而提供多功能性和适应性。最终，选择合适的照明解决方案对于获得准确可靠的结果至关重要。

• 清晰锐利的视觉：合适的照明就像为您的机器视觉系统配上一副完美度的眼镜。它能够以惊人的清晰度和准确性捕捉图像，从而进行精准的分析，并可靠地检测出哪怕是最细微的瑕疵。
  

• 细节展现：对比度是凸显关键特征的关键。通过策略性地控制光线，您可以增强对比度，使系统轻松区分物体和特征。这就像用粗体突出显示图像中的重要部分。
  

• 消除噪音：在机器视觉领域，噪音就像广播电台的静电干扰，会遮挡信号。充足的照明可以充当噪音过滤器，最大限度地减少干扰，并提高信噪比。这确保了一致、可靠的性能，避免了令人分心的视觉干扰。
  

• 聚焦关键：正如摄影师通过选择性对焦引导我们的注意力一样，您可以使用照明来控制机器视觉的景深。这可以确保关键区域清晰对焦，而次要元素则会淡入背景，从而让系统的“眼睛”始终聚焦于目标。
  

• 适用于各种任务的光源：机器视觉应用种类繁多，照明解决方案也同样如此。我们提供丰富的选项，您可以根据特定需求定制照明，确保您的系统始终配备适合工作需求的理想光源。

最常见的机器视觉照明类型

与使用主动照明（例如主动立体或结构光）的 3D 视觉系统不同，2D 相机更容易受到不良照明条件的影响。主动照明是指 3D 相机使用自身光源照亮场景，就像 PhoXi 3D 扫描仪或 MotionCam-3D 一样。 

但是，如果您采用 2D 视觉系统进行扫描，那么确保外部照明源的完美照明条件至关重要。 

尤其是在制造业和物流业，调整照明至关重要，因为它直接影响自动化检测的准确性和效率。根据具体的检测需求、表面特性和成像要求，使用不同类型的照明。以下详细介绍了机器视觉照明的类型、其典型应用和优势：

1.背光

背光是一种强大的机器视觉技术，将光线置于物体后方，从而形成轮廓。虽然并非总是首选，但它对于有效检测至关重要。这种方法尤其适用于检测透明或半透明物体，因为它可以揭示正面照明可能隐藏的缺陷。

• 应用：常用于存在/不存在检测和边缘检测。当需要将物体与背景区分开时，这种方法非常有效。

• 优点：背光可营造高对比度的轮廓效果，有助于轻松发现物体上的孔洞、缝隙或缺失的部件。这种照明使物体呈现出阴影，非常适合需要精确轮廓或尺寸测量的任务。

2. 环形照明

环形照明在机器视觉系统中，将圆形光源放置在相机镜头周围。它非常适合检测圆柱形物体，突出表面细节并减少阴影。

• 用途：常用于常规检查，尤其适用于小部件。对于需要均匀照明的圆形或对称物体也很有用。

• 优点：环形照明环绕相机镜头，提供均匀的照明，减少阴影和眩光。这种均匀性对于精细检测至关重要，因为照明不一致可能会导致错误，例如检查小部件上的划痕或缺陷。

3.同轴照明

在机器视觉中，同轴照明将光线引导至与相机镜头相同的路径。它非常适合检测反射表面，因为它可以减少眩光并捕捉到闪亮物体的清晰图像。

• 应用：适用于检查闪亮或反射的表面，例如金属或抛光物体。

• 优点：同轴照明将光线引导至与相机相同的轴线，有效减少反射表面的眩光。这样可以清晰地成像镜面反射，否则会遮挡裂缝或缺陷等表面细节。

4.漫射照明

机器视觉中的漫射照明通过将光线散射到物体上，提供柔和均匀的照明。这种方法非常适合检测光滑或弯曲的表面，因为它可以最大限度地减少眩光和阴影，从而更容易检测表面特征和瑕疵。它确保了均匀的照明，这对于精确的检测至关重要。

• 应用：用于检查存在眩光问题的弯曲或闪亮表面。

• 优点：漫射照明可减少阴影，并将光线均匀地分布在表面，从而提供一致的照明。这提高了细微表面特征的可见性，使其能够有效识别光泽材料上的瑕疵或读取光亮表面上印刷的代码。

5. 圆顶照明

机器视觉中的穹顶照明通过用光线环绕物体，从各个角度提供均匀的照明。该技术尤其适用于检测光滑或不平整的表面，因为它可以消除阴影和反射。穹顶照明可确保整个物体获得均匀的照明，从而增强表面细节的可见性并提高图像清晰度。

• 应用：适用于检查金属部件或纹理材料等光滑或凹凸不平的表面。

• 优点：圆顶照明可从多个角度提供均匀照明，消除阴影，并凸显不平整或反光表面的细节。这种照明可确保物体所有部分均获得均匀照明，从而提高图像清晰度，更容易检测到细微的表面变化。

6.暗场照明

机器视觉中的暗场照明技术将光线以低角度照射到物体表面，只有划痕、印记或裂纹等凸起的瑕疵才会反射回相机。物体的其余部分保持黑暗，使缺陷清晰可见。这项技术尤其适用于检测标准照明条件下难以察觉的细微表面瑕疵。

• 应用：用于突出表面缺陷，例如划痕、印记或其他表面缺陷。

• 优点：暗场照明从低角度照亮物体，使表面缺陷将光线反射回相机，而表面其余部分保持黑暗。该技术对于检测光滑表面（例如玻璃或抛光金属）上的细小缺陷非常有效。

7.酒吧灯光

机器视觉中的条形照明使用线性光源，在特定区域或物体边缘提供定向照明。这种照明可以增强哑光表面的对比度，并突出表面特征、纹理或缺陷。它通常与其他照明技术结合使用，将光线精确聚焦到需要的位置，非常适合检测细长物体并检测细微细节。

• 应用：增强哑光表面的对比度，特别适用于突出特定的表面特征、边缘或纹理。

• 优点：条形照明可与其他照明装置结合使用，为特定区域（例如边缘或局部缺陷）提供定向照明。对于需要精准定向照明以呈现细微对比的应用，这种可控照明至关重要。

8.区域照明

机器视觉中的区域照明可在大面积区域内提供广泛且均匀的照明。它通常用于需要在整个物体上提供一致照明的常规检测。该技术非常适合在自动化系统中检测大型物体或表面，确保所有区域均光线充足且清晰可见，从而有助于检测缺陷或不一致之处。

• 应用：为大面积的一般检查提供广泛、均匀的照明。

• 优势：区域照明可确保更大表面的均匀照明，这对于自动化系统中的精确成像至关重要。它适用于需要广泛覆盖的应用，例如检查大型物体或整条装配线上的缺陷。

9.直接照明

直接照明是机器视觉中的一项基本技术，其中光源位于被检测物体的正上方或侧面。这种方法用途广泛，在增强各种应用（包括表面检测和特征识别）的可视性方面发挥着重要作用。

• 应用：直接照明对于表面检测任务特别有效，因为它有助于检测平面上的缺陷、划痕或不规则之处。它还用于精确的尺寸测量以及识别物体上的特定特征或图案，使其成为工业质量控制流程中必不可少的光源。

• 优势：通过将聚焦光直接投射到物体上，直接照明可增强表面细节和特征的可见性。这种受控的照明条件可确保准确的数据采集，这对于质量评估至关重要。该技术能够提供清晰明确的照明，从而实现可靠的测量，使其成为计量学和各种工业应用中不可或缺的工具。

影响照明设置的因素 

在设计机器视觉系统时，照明设置对于实现准确可靠的成像结果至关重要。多种因素会影响适当照明技术的选择，包括表面特性、相机规格和环境条件。了解这些因素对于优化系统性能至关重要。

表面特性

被检查物体的纹理和材质决定了捕捉清晰、高对比度图像所需的照明类型。

哑光表面 

哑光表面容易使光线漫射，使其均匀地散射到多个方向。对于这类表面，条形照明或区域照明等照明技术通常非常有效。这些方法能够提供广泛均匀的照明，有助于突出表面特征，而不会产生过多的反射。

反射面 

光亮或反光的表面会带来独特的挑战，因为它们会产生眩光和亮点，从而遮挡表面细节。为了解决这个问题，人们会使用同轴照明或穹顶照明等照明方法来最大限度地减少反射，并确保照明均匀。漫射照明是反光或曲面的另一种选择，因为它可以柔化光线，减少眩光，并增强细微特征的可见性。

不同的纹理也可以受益于暗场照明，它通过以低角度反射光线来突出光滑表面上的划痕或裂缝等瑕疵，使这些瑕疵脱颖而出。

相机规格

相机设置和规格也会直接影响照明决策。

传感器灵敏度 

灵敏度较高的相机即使在弱光条件下也能捕捉清晰的图像，从而减少对强光照明的需求。相反，灵敏度较低的传感器可能需要更亮或更专业的照明才能达到所需的图像质量。

光谱范围 

一些机器视觉相机对不同的光波长敏感，包括红外线或紫外线。在这种情况下，照明设置必须与相机的光谱范围相匹配。例如，红外线照明在处理透明或半透明材料时可能很有用，而紫外线则可有效检测可见光谱中不可见的特定类型的表面污染或缺陷。

分辨率和快门速度 

高分辨率相机可能需要更强或更聚焦的照明才能捕捉更精细的细节，尤其是在检查小部件时。同样，如果系统使用高速快门捕捉快速移动的物体，则照明需要足够强，以防止运动模糊并确保清晰的图像。

环境考虑

周围环境会极大地影响机器视觉照明的有效性，尤其是在不受控制的条件下。

环境光 

外部光源（例如阳光或工厂高架照明）可能会通过产生不均匀的照明、眩光或反射来干扰机器视觉系统。为了减轻这些影响，系统通常会使用屏蔽或外壳来遮挡环境光。此外，选择能够提供更强、更集中照明的照明设置（例如环形照明或背光），有助于克服环境光的干扰。

温度和湿度 

温度和湿度等环境因素也会影响照明系统。高温会缩短某些光源的使用寿命，而湿度则可能导致镜头或灯具起雾。确保照明组件得到妥善保护并进行气候控制，有助于保持稳定的性能。

灰尘和颗粒物 

在存在灰尘或颗粒的工业环境中，照明可能会扭曲或散射，从而降低图像清晰度。使用封闭式照明或定期维护光源可以减轻这些影响，并保持检测过程的完整性。

环境光和 3D 扫描

与 2D 相机不同，大多数 3D 相机（尤其是使用结构光技术的相机）不需要内置投影仪以外的外部光源来捕捉 3D 数据。这些相机依靠投射的光图案来照亮场景并生成点云。

其他光源的环境光会干扰投影光，从而将噪声引入 3D 数据。这些噪声会对点云的质量产生负面影响。信噪比 (SNR) 是决定点云质量的关键因素。通过最大限度地减少环境光，可以提高 SNR，从而获得更清晰、更准确的点云。

因此，在使用这些类型的 3D 相机时减少或控制外部光源可以显著提高捕获的 3D 数据的准确性和可靠性。

这在受控环境中非常有用，例如室内工厂或仓库。那么在日光下扫描怎么样？大多数 3D 相机在高信噪比下都无法使用。直到环境光抑制技术的出现。

环境光抑制 

环境光抑制 (ALS) 是我们 PhoXi 3D 扫描仪的一项屡获殊荣的功能，它通过减少周围光线的负面影响来帮助提高扫描质量。在现实环境中，来自窗户或阳光的光线会干扰扫描，使捕获精确的 3D 图像变得更加困难。环境光抑制通过调整扫描仪的拍照方式来最大限度地减少环境光的影响，使其能够同时处理暗区和亮区。这对于在不可预测的光照条件下获得高质量的扫描尤为重要。

环境光抑制是什么样的？

这项性技术即使在阳光明媚的日子里，光照强度高达 100,000 勒克斯，也能实现清晰的扫描。借助环境光抑制功能，我们的扫描仪无需增加投影仪的光照强度，即可轻松捕捉单次扫描中最暗和最亮的区域。

它看起来是这样的。 

ALS 关闭（扫描时间 1.2 秒）：

ALS 开启： 

阳光直射下的车辆扫描怎么样？以下是 ALS 关闭状态下的扫描结果（扫描时间为 1.2 秒）： 

这是打开 ALS 后的相同扫描（扫描时间为 15 秒）： 

最后，ALS 还在中午时分掌握了屋顶上装满不规则形状零件的垃圾箱（扫描时间为 3 秒）：

环境光抑制的工作原理

环境光抑制功能通过在短时间内快速拍摄物体的多个快照来修改扫描过程。这有助于减少来自环境光（例如阳光或室内照明）的干扰。扫描仪使用一种称为“快门倍增器”的特殊设置，用于控制环境光的抑制程度。更高的快门倍增器值可提供更强的环境光抑制，使扫描仪在具有挑战性的照明环境中更高效地工作。

几代环境光抑制技术

环境光抑制技术经过三代发展，性能不断提升：

1. 第一代：使用短曝光和两次投影扫描，快门乘数固定为 2。这种方法效果很好，但在光照条件极端时有局限性。

2. 第二代：引入了“灯泡模式”，其中实际曝光时间可根据扫描时间和快门倍数进行调整。 

3. 第三代：修复了第二代的问题，并将快门倍数提升至 50。这显著提升了扫描仪处理高强度照明（例如直射阳光）的能力。有了这一代产品，扫描仪现在即使在高达 100,000 勒克斯（阳光明媚）的户外环境下也能有效工作。

另请阅读：第三代环境光抑制技术：突破极限

注意：环境光抑制是一项突破性的技术，可确保 3D 扫描系统精准、可靠且始终如一的性能。即使在光线条件苛刻的环境下，ALS 也无需对扫描设置进行昂贵的修改。自 2023 年 6 月 1 日起，所有PhoXi 3D 扫描仪均已配备我们的第三代环境光抑制技术，新购扫描仪也可通过更新至固件 1.10 或更高版本添加。

结论 

了解不同的照明设置、相机规格和环境因素如何相互作用，将有助于您克服眩光、阴影和环境光干扰等挑战。掌握这些要素，您可以充分发挥 3D 扫描系统的潜力，确保获得可靠且一致的结果。

准备好踏上 3D 扫描和机器视觉应用之旅，获得精准、高质量的结果。无论您处理的是哑光表面还是反射表面，背光、环形照明或环境光抑制 (ALS) 等精准照明技术都能显著提升性能。