机器视觉中的无影灯--碗状光源，让瑕疵无处可藏

一、什么是碗状光源？

碗状光源，又称穹顶光源、积分球式光源或圆顶无影光源，是一种特殊设计的、形状像碗或穹顶的照明装置。它的核心设计理念是创造一个均匀、柔和、多角度的散射光环境，以消除或极大减弱被测物体表面的反光、阴影和镜面反射，特别适用于检测复杂表面的物体。

其基本结构通常包括：

1. 碗状/穹顶外壳：内部涂有高反射率、漫反射材料（如硫酸钡或特制涂料），形成一个“积分球”效果的光学腔体。
2. LED灯带：安装在穹顶的侧壁或底部边缘，光线不直接射向被测物，而是射向穹顶内壁。
3. 漫反射板/扩散板：位于穹顶开口处（有时底部中心也会有一个开口），确保出射光均匀柔和。
4. 中心开孔：顶部中心预留开孔，用于安装工业相机镜头。

二、核心工作原理

碗状光源的工作原理可以形象地理解为 “人造阴天” 或 “光的桑拿房”：

1. 间接照明：LED发出的光首先照射到白色的、高漫反射的碗状内壁上。
2. 多次漫反射：光线在内壁上被反复、无序地反射和散射，使得整个碗状腔体内充满了来自各个方向、强度均匀的漫射光。
3. 均匀照射：最终，这些经过充分“搅拌”的柔和光线，从各个角度均匀地洒在被测物体表面。

这种设计消除了单一方向光源产生的明显高光点、锐利阴影和方向性纹理，非常适合表现物体表面的本征特征（如颜色、材质、轻微凹陷或凸起），而非光照带来的干扰信息。

三、主要特点与优势

• 无影/弱影效果：光线来自四面八方，物体表面的凹陷、凸起产生的阴影被多方向光线填充，变得非常柔和甚至消失。
• 消除镜面反光：对于高反光表面（如金属、光滑塑料、玻璃），能有效将刺眼的点状高光扩散成均匀的亮斑，甚至完全消除，从而暴露出反光区域下的真实特征（如划痕、字符）。
• 均匀性极佳：提供整个视场内高度一致的光照，非常适合需要精确颜色识别或整体对比度检测的应用。
• 突出表面轮廓：对微小的三维特征（如划痕、凹坑、凸点、雕刻）非常敏感，能通过柔和的光影对比清晰地呈现出来。

四、典型应用场景

碗状光源是解决高反光、曲面、复杂纹理物体检测难题的利器：

1. 金属加工件检测：
• 划伤、凹坑检测：在光滑的金属表面（如手机中框、刀具、轴承）上检测微小缺陷。
• 字符、二维码读取：读取抛光金属、电镀表面上的激光雕刻或印刷标记。
2. 塑料与玻璃制品检测：
• 瓶盖、化妆品包装：检测注塑缺陷、脏污、合模线。
• 玻璃瓶、手机屏幕：检测崩边、裂纹、异物。
3. 精密电子元件检测：
• PCB板：检测焊点形状、元器件是否立碑、印刷质量。
• 芯片、连接器：检测引脚共面性、表面瑕疵。
4. 食品与药品包装检测：
• 药片、胶囊：检测缺粒、破损、异物。
• 包装袋：检测密封性、印刷缺陷。
5. 科学研究：用于需要绝对均匀光照的显微成像或材料分析。

五、选型与使用要点

1. 尺寸选择：碗口直径应大于被测物体的视场范围，确保物体完全处于均匀光场内。
2. 光源颜色：
• 白色：通用性强，用于彩色成像或需要自然光效果的场合。
• 红色：常用于黑白相机，提高对比度，对某些材料穿透力强。
• 其他颜色（蓝、绿）：根据被测物颜色选择互补色以增强特定特征。
3. 工作距离：物体应放置在碗状光源的最佳工作距离内，通常是靠近但不要触碰漫射板的位置，以获得最均匀的效果。
4. 安装：相机镜头需从顶部中心孔伸入，并确保镜头不会阻挡光源或被自身阴影影响。有时会配合同轴光源使用，以进一步增强平面特征。

碗状光源是机器视觉中用于解决复杂表面照明难题的“全能型”选手。 它通过创造一个均匀、多角度的漫射光环境，完美地消除了反光和阴影的干扰，让被测物体表面的真实细节“原形毕露”。在遇到高反光、曲面、需要检测微小三维缺陷的挑战时，碗状光源往往是首选的照明方案。