车间的生产线飞速运转，一块手机屏幕划过相机视野，微米级的划痕在特定角度的红光下无所遁形——这不是魔法，而是工业视觉中光源选型的精准应用。
工业生产线上，一块金属零件正被快速检测。在普通光线下它看起来完美无瑕，但在特定波长和角度的光源下，一道细微的裂痕突然显现，像夜幕中的闪电般清晰。
这个神奇变化的背后，是工业相机光源选型的精密计算与应用。
光与物体的互动是一门精妙的科学。不同波长的光碰触到物体表面时，会发生截然不同的反应。波长短的蓝光容易被散射，就像阳光中的蓝光在大气中扩散使得天空呈现蓝色；而波长长的红光则更具穿透力-3。
在工业检测中，这个特性被广泛应用。例如，检测透明玻璃瓶内的异物时，630nm波长的红光可以轻松穿透瓶身，使悬浮颗粒因折射率差异产生阴影，将对比度提升至300：1-3。
金属表面则完全是另一回事。铝板在30度入射角下，反射光强度可达到入射光的85%-3。这种强烈反光会“淹没”相机传感器，让表面细节消失在一片白光中。
这就是为什么检测高反光金属件时，专业人员常常选择同轴光源加偏振片的组合。同轴光源通过特殊设计使光线垂直照射物体，而偏振片则能过滤掉大部分反射眩光-7。
光源的角度决定了我们能看到什么，以及看不到什么。这就像在博物馆欣赏油画，光线从不同角度打来，画作的纹理和细节会呈现完全不同的一面。
在工业视觉中，照明角度主要有两种基本类型：直射光和漫射光。直射光通常来自一个方向，能够投射出明显的阴影；而漫射光来自多个方向甚至所有方向，几乎不会产生阴影-5。
高角度照射（如30°、45°环光）光束集中，亮度高，均匀性好，特别适合精细检测任务，如芯片引脚检查或标签检测-1。
而低角度照射则对表面凹凸极为敏感，就像清晨阳光低角度照射地面时，连微小的石子都会投下长长的影子。这种照明方式特别适用于检测玻璃或晶片表面的细微划痕-1。
选择照明角度时，我们实际上是在决定要让哪些特征显现，哪些特征隐藏。想突出表面划痕？低角度侧光是不二选择。想消除阴影，看清印刷字符？那就需要均匀的漫射光或顶光-9。
人眼可见的光谱范围大约在400-760纳米之间，从紫色到红色-5。而在工业视觉中，我们常常要利用色彩之间的相互作用来增强对比度。
色彩互补原理在这里大显身手：将可见光谱围成色环，位置相对的两种颜色互为补色。用补色光照射物体，物体在图像中会显得较暗；而用相近色光照射，物体则会显得较亮-1。
这个原理在实际应用中十分巧妙。例如，检测绿色电路板上的黑色标记时，使用绿色光源能使电路板背景更亮，而标记保持黑暗，从而获得最大对比度-4。
工业相机光源选型中，颜色选择不仅限于可见光。红外光（波长大于780nm）能揭示人眼无法察觉的特征，比如水果表面的轻微淤伤；紫外光（波长小于400nm）则能激发某些材料发出荧光，用于检测胶水涂布或防伪标记-4。
白光LED通常用于需要全光谱信息的场合，如食品分拣中的成熟度判断。现代白光LED通过蓝光激发荧光粉技术实现，调整荧光粉配比可以改变色温和显色指数-3。
照明方式的选择可以创造两种截然不同的成像环境：明视场和暗视场。这两者之间的区别就像在明亮房间里找黑色纽扣，与在黑暗房间里找发光石子。
明视场照明是最常用的方案，采用正面直射光照射形成，被检测物体通常比背景更暗-5。这种方式适用于大多数常规检测，如产品装配完整性检查或字符识别。
暗视场照明则完全是另一番景象。当光线以极低角度照射时，光滑表面会将光线反射离开相机，在图像中呈现为黑暗；而表面缺陷（如划痕、凹陷）会将光线散射进相机，呈现为明亮的特征-5。
这种方式对于检测透明材料（如玻璃、薄膜）中的缺陷或表面微观结构特别有效。在暗视场照明下，连0.1微米的划痕也能在手机屏表面显现为明亮的线条，检出率超过99.9%-3。
在某些检测场景中，阴影是我们的敌人。比如检测反光物体表面（如充电宝外壳）或不平整表面时，阴影会掩盖真实缺陷或产生虚假特征。
这时就需要无影光源上场。传统的圆顶光源（碗光）通过特殊的圆弧结构创造均匀的漫反射效果，能有效消除反光与曲面影响-6。
但圆顶光源也有局限——体积较大，在狭窄空间应用不灵活，且其圆形开孔有时会遮挡部分视野-6。
新兴的方形无影光源则提供了更灵活的解决方案。以乐视科技的FDM系列为例，这种光源保持了均匀性和高亮度的优点，同时外形更紧凑，开孔可根据实际需要定制，特别适合检测视野较大且形状不规则的物体-6。
了解了基本原理后，如何在具体项目中做出明智的工业相机光源选型决策？这需要一套系统的思考框架。
首先是明确检测目标：是要测量尺寸、识别字符、检测表面缺陷，还是判断颜色？不同的目标需要不同的照明策略。背光照明适合尺寸测量，能产生高对比度的轮廓-5；而同轴照明则更适合检测高反光表面的划痕-10。
其次是分析物体特性：什么材质？什么颜色？表面是光滑还是粗糙？这些因素决定了光线会如何与物体互动。例如，检测金属圆柱侧面缺陷时，LumiTrax镜面反射模式能有效检出脏污、凹陷和刮伤-2。
环境因素也不容忽视：环境光干扰大吗？检测速度要求高吗？安装空间有限制吗？车间环境光（特别是日光灯）可能干扰成像，这时可能需要窄带滤光片来隔离特定波长的光源-3。
最后是成本考量：白光LED单价约0.5-2美元，寿命达5万小时，适合90%的常规检测；而激光光源模块价格可能高达200-500美元，但能提供更高的精度和特殊功能-3。
光源技术正朝着更智能的方向发展。自适应光学系统能够通过深度学习实时分析图像质量，动态调整光源的波长与强度。据报道，特斯拉工厂已经实现了光源参数随零件颜色自动优化的系统-3。
更前沿的技术如超表面光子芯片，能在1平方厘米的芯片上集成数百万个纳米天线，生成任意波前的光场-3。这种技术可能会彻底改变我们控制和塑造光的方式。
生物启发式照明系统也在兴起，模仿昆虫复眼的多通道照明能同时获取明场、暗场和偏振图像，德国Fraunhofer研究所的原型机已经展示出检测效率提升5倍的潜力-3。
生产线旁的老师傅眯眼看着刚检测出的工件，回忆起早年靠肉眼和普通灯光检测的日子，摇了摇头。如今，特定波长的光线如手术刀般精准地剥离出产品的每一处细节，连最细微的色差和缺陷也无所遁形。
网友“光电小菜鸟”提问：我是生产线上的技术员，最近厂里要检测多种颜色的产品，老板想省事只买一种白光光源，说能应付所有情况。这真的可行吗？
回答：你老板的想法很实际，但可能过于理想化了。白光光源确实在很多情况下都能“应付”，但绝对不是“最优解”。白光包含了全光谱，就像一把瑞士军刀，什么功能都有，但针对特定任务时，专用工具总是更高效。
比如说，如果你的生产线上需要检测绿色电路板上的黑色印刷标记，用白光也能看，但效果远不如专门的绿色光源。因为绿色光源照射时，绿色背景反射强烈显得很亮，而黑色标记吸收光线显得很暗，对比度一下子就上去了-4。
检测透明瓶内的异物又是另一回事。这种情况下，630-850nm的红光可能比白光更合适，因为红光穿透力强，能更好地显示悬浮颗粒的阴影-3。
当然，如果预算真的非常紧张，或者检测要求确实不高，高显色指数（CRI>90）的白光LED配合适当的滤光片也是个折中方案。但长远来看，针对主要产品配备专用光源，效率和准确率的提升带来的回报，往往能超过初期投入。
网友“视觉工程师小林”提问：我们公司在做精密电子元件检测，需要在同轴光源方案中做选择。内同轴和外同轴到底该怎么选？我看网上说法不一。
回答：小林你好，这个问题很专业。内外同轴光源的选择确实让很多工程师纠结。简单来说，内同轴是把光源集成在镜头内部，光路短而直接；外同轴则是光源与镜头分离，通过外部反射镜实现同轴照明-7。
如果你的检测对象主要是高反光材料（像晶圆、金属表面），而且用的是高倍镜头（1倍及以上），内同轴可能是更好选择。它的优点是光路稳定、对比度高、抗环境光干扰强-7。
但内同轴有个常见问题——在低倍镜头下容易产生“热点”（中间亮四周暗的现象）。这是因为低倍镜头的入射光瞳位置与高倍镜头不同，内同轴光源的光线分布可能不够均匀-7。
外同轴的灵活性更高，光源位置可调，照明区域也更大。如果你的工作距离较短，或者需要搭配其他光源多角度照明，外同轴可能更合适。它的缺点是结构相对复杂，可能引入像差，而且占用空间较大-7。
网友“创业中的机械师”提问：自己开了个小加工厂，想搞套视觉检测系统提升品质，但预算有限。光源这块应该怎么规划最经济实用？
回答：创业不易，每一分钱都得花在刀刃上，非常理解你的处境。在预算有限的情况下，光源选型可以遵循“先通用，后专用；先租后买”的原则。
首先，评估你最迫切的检测需求是什么。如果是尺寸测量，背光源可能是最经济高效的选择，它能提供清晰的轮廓-5。如果是表面划痕检测，可以考虑普通环光配合低角度照明，这种组合适用性较广。
不要小看光源的安装调试，很多时候效果不好不是光源选错了，而是角度、距离没调好。可以尝试先用现有设备（如普通LED灯）搭配不同角度试拍，找到最佳照明方案后再购买专用光源。
现在很多供应商提供租赁服务，对于小批量多品种的生产尤其合适。比如这个月主要做金属件检测，租一个同轴光源；下个月做塑料件，换一个漫射光源。这样既能满足需求，又不会造成设备闲置。
可以考虑“模块化”思路：先购买一个基础光源控制器和几种最常用的光源（如白色环光、背光源），后续根据订单需求逐步添置特殊光源模块。很多厂家的控制器是通用的，这样扩展起来比较经济。
别忘了二手机器视觉设备市场。很多大厂升级设备时会处理掉尚在良好状态的老设备，这些设备对于刚起步的小厂来说，性价比非常高。
