2.1 Illumination照明

2.1.1 Electromagnetic Radiation

  • 电磁辐射：伽马射线 < X射线 < 紫外线 < 可见光 < 红外线 < 微波 < 无线电波。
  • 黑体：一个理想的辐射源，只释放自己的电磁辐射，而不会反射或透射其它辐射源的电磁辐射。
  • 光谱辐射：单位面积的黑体在单位立体角内、单位波长内辐射出的能量。

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2.1.2 Types of Light Sources

  • 白炽灯

    • 优点：

      • 相对较亮
      • 可在低电压下工作

    • 缺点：

      • 发热严重
      • 寿命短，不能用作闪光灯，老化快

  • 氙灯

    • 优点：

      • 可用作短弧灯、长弧灯、闪光灯

    • 缺点：

      • 供电复杂且昂贵
      • 百万次闪光后出现老化

  • 荧光灯

    • 优点：

      • 价格便宜
      • 照明面积大

    • 缺点：

      • 光谱分配不均匀，在有些频率下有尖峰
      • 寿命短，不能用作闪光灯，老化快。

  • 发光二极管

    • 优点：

      • 寿命长
      • 可作闪光灯，响应速度快，几乎无老化
      • 亮度易控制。
      • 光源能耗小，发热小

    • 缺点：

      • 性能、寿命与环境温度成反比

2.1.3 Interaction of Light and Matter

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  • 镜面反射、漫反射、定向透射、漫投射、背反射、吸收
  • 反射分为镜面反射、漫反射和背反射。被测物表面的粗糙程度等微细结构决定光线产生的镜面反射和漫反射。被测物的形状决定镜面反射的方向。背反射会产生重影。
  • 发生在金属或绝缘材料（如玻璃、塑料）表面的反射使光线产生部分偏振。偏振由镜面反射和漫反射产生，但由镜面反射决定。
  • 透射分为定向透射和漫透射。被测物的内部和表面结果决定透射为定向透射或漫透射。
  • 入射光=反射+透射+吸收。
  • 除镜面反射外，其它物理量都取决于入射光的波长。

2.1.4 Using the Spectral Composition of the Illumination

  • 使用合适的照明光源使其光谱范围正好是希望看到波长范围被物体反射

    • 例如使用红色照明增强绿色背景上的红色物体，使绿色物体暗淡

  • CCD和CMOS传感器对于红外光比较敏感，用红外光来增强某些特征。

    • 通常需要加上红外截止滤光片来避免图像过亮及图像颜色变化
  • 如果白光被过滤，会使发光效率大大降低，通常直接使用彩色照明

  • 偏正片

    • 光线在金属和绝缘体表面反射时光线会产生部分偏振
    • 可以在相机面前加上偏振滤镜
    • 由于非偏振光反射后只有部分偏振，更好的一直方法是用起偏镜和检偏镜

　2.1.5 Using the Directional Properties of the Illumination

  • 利用照明的方向性

  • 光源角度：光源可以是漫射或直接照射

    • 漫射：各个方向的强度几乎一样
    • 直接照射：光源发出的光集中在非常窄的空间内。
    • 特定情况下，光源仅发出单向平行光，称作平行光照明

  • 光源与摄像机角度：

    • 如果光源与摄像机位于被测物的同一侧，称作正面光，也叫入射光

    • 如果光源与摄像机位于被测物的两侧，此时的光称作背光

      • 当被测物是透明物体时，称作透射光
    • 如果光源与被测物成一定角度，使得绝大部分光反射到摄像机，我们称作明场照明
    • 如果光源位置使得大部分光没有反射到摄像机，仅将照射到被测物体的特定部分的光反射到摄像机，称为暗场照明

2.1.5.1 Diffuse Bright-Field Front Light Illumination 明场漫射正面照明

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  • a图中，很难得到均匀的照明

  • 同种漫射光通常是通过半透半反镜将光反射到物体上，通过同一面镜子，摄像机同样采集到图像，是的照明均匀，如图b

    • 半透半反镜可能产生鬼像

  • 半球形照明可以得到非常均匀的照明

    • 在半球形照明光源前加上漫射板

    • 在漫反射半球中安装LED环形灯

      • 多次内部漫反射，使得光线没有固定方向
    • 缺点：摄像机对着物体的方向上没有光
  • 明场漫射正面照明常用于防止产生阴影，减少或防止镜面反射

2.1.5.2 Directed Bright-Field Front Light Illumination 直接明场正面照射

  • 构造方法：

    • 使用倾斜的环形光

      • 使孔洞或感兴趣区域产生阴影
      • 光线分布不均匀

    • 同轴平行光，用于采集会产生镜面反射的物体图像

      • 采集会产生镜面反射的被测物的图像
      • 需要远心镜头

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2.1.5.3 Directed Dark-Field Front Light Illumination 直接暗场正面照明

  • 直接暗场正面照明通常由LED环形光构成

    • 可以突出被测物的缺口及突起

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2.1.5.4 Diffuse Bright-Field Back Light Illumination 明场漫射背光照明

  • 明场漫射背光照明

    • 在光源前安有漫射板
    • 背光方式只显示不透明物体的轮廓
    • 对于透明物体,背光可以用于检测被测物的内部部件,避免正面照明造成的反射

    • 缺陷:如图b,对于有一定高度的物体,摄像机一侧的某些部分也可能会被照亮

      • 解决:使用平行照明构造的直接明场背光照明

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2.1.5.5 Telecentric Bright-Field Back Light Illumination

  • 明场平行光背光照明

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