工业机器视觉光源选型：常见光源分类与不同波长的区别和用途

小老鼠不吃猫

486人浏览 · 2026-08-28 10:15:39

小老鼠不吃猫 · 2026-08-28 10:15:39 发布

1. 机器视觉光源选型

在机器视觉系统中，光源的作用并不只是“把物体照亮”，而是通过合理的照明结构、入射角度和波长选择，让待检测特征与背景之间形成足够大的图像差异。

1.1 机器视觉光源的选型维度

机器视觉光源的选型通常可以从两个维度理解：

按光源结构分类：决定光从什么方向、以什么方式照射物体；
按光源波长分类：决定不同材料对光的吸收、反射、透射和散射特性。

1.2. 最终选型思路

实际项目中可以按照下面的顺序考虑：

检测什么？
   ↓
轮廓还是表面？
   ↓
产品是漫反射还是镜面反射？
   ↓
选择光源结构
   ↓
分析目标与背景颜色/材料
   ↓
选择光源波长
   ↓
调整角度和距离
   ↓
调整曝光和亮度
   ↓
实际样品验证

可以简单记住：光源结构决定“怎么看”，波长决定“看什么更明显”。

例如：

背光解决轮廓；
低角度解决凹凸；
同轴光解决平整高反光表面；
穹顶光解决复杂反光；
蓝光偏重表面细节；
红光应用广、穿透和稳定性较好；
UV 用于荧光和特殊表面；
红外用于部分材料内部或特殊光谱差异；
白光用于真实颜色检测。

真正好的机器视觉打光，并不是把产品照得越亮越好，而是让：待检测特征和非检测区域之间的灰度差异尽可能大，并且这种差异在不同产品、不同位置和不同时间下都保持稳定。

1.3 常见光源厂商

厂商	国家/地区	主要特点	产品覆盖
OPT 奥普特	中国	国产头部，产品线完整，非标能力强	环形、条形、同轴、背光、Dome、线扫、控制器等
CCS	日本	专业机器视觉光源老牌厂商，产品体系非常完整	环形、低角度、条形、同轴、背光、穹顶、特殊波长等
MORITEX 茉丽特	日本	光学背景强，镜头和照明都做	环形、条形、同轴、背光、光纤照明等
Advanced Illumination	美国	专业 LED 机器视觉照明，定制能力强	环形、条形、背光、线光、同轴、暗场等
EFFILUX	法国	高功率、特殊照明和定制能力突出	线光、条光、环光、Dome、UV、SWIR、偏振等
Wordop 沃德普	中国	国内较早从事机器视觉 LED 照明的厂商之一	常规机器视觉光源、定制照明

2. 常见机器视觉光源分类

按照结构和照明方式，工业机器视觉中常见的光源主要包括：

光源类型	主要特点	典型应用
环形光	多方向照明，安装方便	字符、定位、一般表面检测
条形光	方向性强，角度灵活	划痕、大尺寸工件、纹理
同轴光	光线与相机光轴接近重合	平整、高反光表面
背光	从物体背面照明	尺寸、轮廓、孔径
穹顶光	多方向漫反射，无影照明	曲面、高反光表面
低角度光	接近水平照射表面	划痕、凹坑、凸点、毛刺
线形光	高亮窄区域照明	线扫、卷材、玻璃
点光源	发光区域小、光路集中	高倍率、远心光学系统
平行光	光线方向高度一致	高精度尺寸、边缘检测

2.1 环形光源

环形光源（Ring Light）是最常见的机器视觉光源之一。其 LED 围绕镜头呈圆环形排列：

       ↘ ↓ ↙
     → 工件 ←
       ↗ ↑ ↖
         ↑
        相机

光线可以从镜头周围多个方向照射目标，因此相比单侧照明，阴影通常比较少。

特点：

结构简单；
安装方便；
照明范围较均匀；
通用性较强；
镜头可以从中间穿过。

常见应用：

OCR / OCV；
标签检测；
PCB 检测；
产品定位；
塑料件表面；
一般外观检测。

环形光又可以进一步分成：

高角度环形光；
中角度环形光；
低角度环形光。

其中照射角度越低，通常越容易突出表面凹凸、划痕等结构。

2.2 条形光源

条形光源（Bar Light）由长条形 LED 阵列组成。

与环形光最大的区别是：条形光具有非常明显的方向性。

条形光  → → → →  工件
                    ↑
                   相机

通过调整：

光源高度；
入射角度；
光源方向；
光源数量；

可以非常灵活地控制工件表面的明暗关系。

典型应用：

金属划痕；
大尺寸产品；
PCB；
玻璃；
表面纹理；
印刷检测；
边缘检测。

对于存在方向性的划痕、纹理或者刀纹，条形光尤其有用。例如缺陷方向为：

────────────

如果改变条形光照射方向，缺陷产生的反射差异也会明显变化。因此实际项目中经常使用：dual bar lights, quad bar lights, and multi-directional time-sequenced illumination，来检测不同方向的缺陷。

2.3 同轴光源

同轴光源（Coaxial Light）主要用于平整、高反光表面的检测。

典型结构为：

通过半透半反镜，使照明光线与相机观察方向基本一致。

成像特点： 对于平整表面：

光源
 ↓
表面
 ↑
相机

反射光能够比较容易进入镜头，因此正常区域通常比较亮。

如果表面存在：

划痕；
凹坑；
字符；
激光刻印；
表面结构变化；

光线方向发生改变，可能无法进入相机，于是缺陷区域变暗。

典型应用：

晶圆；
IC；
PCB；
金属平面；
玻璃表面；
镜面材料；
激光字符；
高反光塑料。

2.4 背光源

背光（Backlight）从工件背面照射。结构非常简单：

此时相机观察到的通常不是表面纹理，而是产品的投影轮廓。典型图像：

背景：白

物体：黑

因此背光最大的优势是：轮廓非常清晰。

典型应用：

外径测量；
长宽尺寸测量；
孔径；
缺口；
毛刺；
产品轮廓；
连接器针脚；
透明零件外形。

如果检测目标主要是：轮廓、尺寸、边缘，通常首先应该考虑背光。

2.5 穹顶光源

穹顶光（Dome Light）又经常叫：

无影光；
漫射光；
半球光源。

其结构类似一个半球形反射罩。

LED 光线首先照射穹顶内部，然后经过漫反射，从大量不同方向照射产品：

      ___________
    /             \
   /   ↘ ↓ ↙       \
  |  → 工件 ←       |
   \      ↑        /
    \____相机_____/

最大特点： 能够明显减少局部强反光。

特别是面对：

曲面；
金属；
光亮塑料；
包装材料；

普通光源容易出现局部白色过曝区域，而穹顶光可以使亮度更加均匀。

典型应用：

金属曲面；
易拉罐；
电池；
弧形产品；
高反光塑料；
包装膜；
曲面字符；
不规则表面。

2.6 低角度光源

低角度光源的光线接近产品表面传播。例如：

光 → → → → → → →

──────────────────
       工件

正常平面不会将大量光线反射进入相机，因此背景可能比较暗。

如果出现凸点：

────────▲────────

凸点改变光线方向：

          ↗ 相机
光 → → → ▲

缺陷就可能明显变亮。

因此低角度照明的核心作用是：突出表面的高度变化。

特别适合：

划痕；
凹坑；
凸点；
毛刺；
压痕；
灰尘颗粒；
表面纹理；
边缘。

在机器视觉表面缺陷检测中，这是非常重要的一种照明方式。

2.7 线形光源

线形光源（Line Light）主要用于线扫相机。

线扫相机一次只采集一行像素，因此通常使用一条高亮区域照射产品：

          线扫相机
              ↓
              │
光源 ======= 工件 =======
              →
           运动方向

特点：

亮度很高；
照射区域窄；
均匀性高；
可以适应较大工作距离。

应用：

锂电极片；
钢板；
薄膜；
玻璃；
PCB；
布匹；
印刷品；
木材；
连续卷材。

2.8 平行光源

普通 LED 发出的光具有一定发散角：

 \   |   /
  \  |  /
   \ | /

而平行光经过特殊光学系统后，使光线尽量保持平行：

↓   ↓   ↓   ↓
↓   ↓   ↓   ↓
↓   ↓   ↓   ↓

它最大的优势是：减少边缘处由于发散光产生的虚影和尺寸误差。

因此特别适合：

高精度尺寸测量；
亚像素边缘提取；
轮廓检测；
远心视觉系统。

平行背光与远心镜头组合，是高精度尺寸测量中非常常见的方案。

3. 不同波长的光有什么区别

除了光源结构，另外一个非常重要的参数就是：

波长 λ。

可见光大致位于：

紫 ←────────────────────→ 红

380 nm                     780 nm

机器视觉领域还会使用：

紫外              可见光                 红外
<400 nm     400 nm ~ 700 nm          >700 nm

不同波长最大的区别并不是简单的“颜色不同”，而是不同材料对不同波长光线具有不同的：

吸收率；
反射率；
透过率；
散射特性。

更换光源颜色，本质上是在改变被测物与背景对光的响应差异。

3.1 波长与频率

对于光来说，波长越短，频率越高；波长越长，频率越低。

在机器视觉中通常不需要直接计算频率，工程选型时更常直接使用 **nm（纳米）**表示光源波长。

3.2 紫外光 UV

紫外光一般指：λ < 400 nm

机器视觉常见 UV LED 例如：

365 nm；
385 nm；
395 nm。

紫外光最大的特点之一是可以激发部分材料产生荧光。例如：

紫外光
   ↓
荧光材料
   ↓
发出可见光
   ↓
相机

因此，即使普通可见光下材料看起来完全相同，在紫外光下也可能产生非常大的区别。

适合检测：

胶水；
UV 胶；
荧光油墨；
防伪标识；
涂层；
污染物；
微小划伤；
特殊塑料；
荧光标记。

一个典型例子： 电子产品点胶后，透明胶在普通白光下可能几乎看不出来。如果胶水中加入荧光材料：

365 nm UV
     ↓
胶水产生荧光

那么胶水区域就可以非常明显地从背景中分离出来。

3.3 蓝光

常见蓝色 LED 波长大约：450～480 nm

工业视觉中非常常见的是：470 nm 左右。

蓝光属于短波长可见光。

特点： 短波长光对细小表面结构和部分散射现象通常更加敏感。

因此蓝光经常用于：

表面划痕；
微小颗粒；
金属表面；
玻璃缺陷；
精细纹理；
晶圆；
电子元件。

尤其常见： 蓝光 + 低角度光，用于突出细微表面缺陷。

3.4 绿光

常见绿色 LED：520～550 nm

典型波长约：525 nm。

绿光位于可见光中间区域。

很多工业相机 CMOS 传感器在绿色区域具有较好的响应。

因此绿光的特点通常是：

相机响应较好；
成像亮度较高；
细节与穿透性之间比较均衡。

典型用途：

一般尺寸检测；
表面检测；
印刷；
PCB；
颜色分离；
高精度定位。

绿光经常作为红光和蓝光之间的一种折中方案。

3.5 红光

常见红色 LED：620～660 nm

工业视觉中非常常见：630 nm、625 nm、660 nm。

红光波长较长。相比蓝光，红光通常：

散射相对较少；
穿透部分材料的能力更强；
在工业视觉中应用非常广泛。

典型应用：

尺寸检测；
背光；
定位；
OCR；
轮廓检测；
PCB；
塑料件；
部分半透明材料。

工业机器视觉中红光非常常见，一个重要原因就是：
稳定、成熟、亮度高、成本低，而且大多数黑白工业相机对红光都有不错的响应。

3.6 白光

白光不是单一波长。它实际上包含多个波段。因此：

白光 ≠ 某一个固定 λ

白光最大的优势就是：能够保留物体原本的颜色信息。

因此彩色相机如果需要进行：

颜色识别；
色差检测；
标签检测；
产品外观；
RGB 分析；

通常会选择白光。

白光适合：

彩色相机；
食品；
包装；
标签；
印刷；
颜色分类；
外观检测。

但是对于黑白相机而言，如果只是希望突出某一种特征，单色光往往比白光更容易获得高对比度。

3.7 近红外光 NIR

近红外通常位于可见红光之后。机器视觉常见波长包括：

730 nm；
780 nm；
850 nm；
940 nm。

其中：850 nm是非常常见的工业红外照明波长。

红外最大的价值在于：某些材料在可见光下不透明，但在近红外下可能具有较高透过率

或者：

两种可见光下看起来相同的材料，在红外下反射率可能完全不同。

因此红外可以看到一些肉眼看不到的特征。

常见用途：

塑料内部观察；
包装检测；
墨水识别；
材料分类；
食品；
水分相关检测；
半导体；
印刷检测。

例如：

可见光：
文字 + 包装印刷全部可见

红外：
部分油墨消失
内部特征显现

这就是非常典型的机器视觉红外应用。

3.8 不同颜色与彩色物体之间的关系

这是机器视觉选光源时非常重要的一个经验。对于黑白相机：

物体对某个波长反射越强，该区域成像通常越亮。

因此有一个很实用的规则：同色光使同色物体变亮。 例如红色物体：

红色物体 + 红光
        ↓
反射红光较多
        ↓
黑白图像中偏亮

绿色区域使用绿光也具有类似效果，蓝色区域使用蓝光同理。对比色可以使目标变暗。 例如：

红色字符
+
蓝色光源

红色材料通常对蓝光吸收更多、反射更少。于是红色字符可能明显变暗。这样就可以扩大：
字符与背景之间的灰度差异。因此，机器视觉选颜色的目的并不是：

“物体是什么颜色就用什么颜色。”

而应该是：

让目标和背景产生最大的灰度差。

3.9 波长越短，精度是不是越高？

理论上，光学系统能够分辨的细节尺度确实与波长有关。一般来说：

波长越短
→ 理论衍射极限越小
→ 有利于分辨更细结构

所以：

蓝光 / UV

在一些高倍率、微小结构检测中具有优势。但工业机器视觉中不能简单说：

蓝光一定比红光精度高。

因为最终检测精度还取决于：

相机像元；
镜头 NA；
镜头分辨率；
景深；
工作距离；
信噪比；
光源亮度；
产品材料；
算法。

因此波长只是整个成像系统中的一个因素。

3.10 不同波长快速对比

光源	典型波长	主要特点	常见用途
UV	365～395 nm	荧光、短波长	胶水、防伪、污染、微小缺陷
蓝光	450～480 nm	表面细节表现较好	划痕、玻璃、金属、微小颗粒
绿光	520～550 nm	相机响应好、较均衡	定位、PCB、尺寸、表面检测
红光	620～660 nm	稳定、散射较小	背光、尺寸、OCR、定位
白光	宽光谱	保留颜色信息	彩色检测、包装、食品、标签
近红外	700～1000 nm	穿透部分材料	内部结构、塑料、油墨、材料区分