在机器视觉系统中，LED光源的选择极其关键，它直接决定了图像的对比度、清晰度、均匀性和稳定性，从而影响检测的精度和可靠性。

一、 LED光源选择的核心考虑因素

1. 发光特性与颜色（波长）：

   • 颜色： 选择与目标物特征和背景反射特性匹配的波长。例如：
     • 白色光： 通用性强，用于彩色识别、表面字符、印刷检测等。
     • 红色光(620-630nm)： 穿透性强，常用于透明包装物（瓶、膜）的检测、高速彩色物体追踪，波长较长不易衍射。
     • 蓝色光(460-470nm)： 波长短，散射性强，对金属表面划痕、印刷缺陷（如网点错位）、硅片晶圆检测、透明物体表面细微划痕（如玻璃）特别敏感。
     • 绿色光(530-540nm)： 接近人眼敏感区，常与红色物体形成高对比度（如红背景上的绿色字符），适用于一些特定色标检测。
     • 红外光(850-940nm)： 不可见，用于避免环境光干扰、检测热敏材料或特殊材料（如某些油墨、液体）、硅片检测等。
     • 紫外光： 激发荧光，用于防伪检测、特殊材料标记、清洁度检测等。

2. 照明方式（光路结构）：

   • 环形光： 最常见，提供均匀漫射光，适合表面平整度一般，需要均匀照明的场合（如定位、字符识别、一般尺寸测量）。
   • 同轴光： 光线方向与相机镜头同轴，产生接近0°角的光照，突出平整、镜面金属表面的划痕、凹凸（如玻璃、晶圆、光滑金属表面）。
   • 背光： 物体置于光源和相机之间，产生轮廓剪影效果，用于尺寸测量、轮廓检测、孔洞定位（物体需不透明或轮廓清晰）。
   • 条形光/线光： 产生一条狭长的亮线，常用于配合线阵相机进行高速扫描检测（如印刷、纺织品、板材表面缺陷）。
   • 点光源： 小尺寸、高亮度光源，用于小范围精密补光、光纤导光等。
   • 球积分/穹顶光： 提供全向均匀漫射光，消除镜面反光，适合检测光亮、高反光、曲面物体（如BGA焊球、镀铬件、塑料按键）。
   • 小角度/低角度线光： 光线与被测面夹角很小（<30°），突出表面微小凹凸、划痕、刻印效果（如金属、塑料表面纹理缺陷）。

3. 形状与尺寸：

   • 光源外径/长度需覆盖被测物视野范围。
   • 安装空间限制（高度、直径）。
   • 与相机视场角和镜头工作距离的匹配。

4. 均匀性：

   • 要求光源照射区域亮度尽可能一致。可通过漫射板、特殊导光设计来实现。
   • 边缘和中心的亮度差异要小，避免图像局部过亮或过暗。

5. 亮度/强度：

   • 需足够高，以克服环境光干扰、满足高速快门需求（需避免运动模糊）和提高信噪比。通常光源亮度应可调。

6. 稳定性：

   • 发光强度稳定性： 长期工作时光源输出应恒定不变（低衰减），光源驱动器温漂要小。
   • 寿命： LED本身寿命长（通常>50，000小时），但驱动器可靠性也影响整体寿命。
   • 热管理： 良好的散热设计防止光源过热导致光衰加剧、波长漂移或损坏。

7. 控制方式：

   • 持续光： 最常用，适合速度不高、环境光干扰小的场合。
   • 频闪（外触发）： 通过外部信号（如编码器、PLC）精确控制光源在极短时间内以高亮度脉冲发光，用于高速运动物体的“冻结”成像（显著减少运动模糊），显著降低环境光干扰，提高有效亮度（峰值亮度远高于持续光），节能（只在需要时点亮）。

8. 环境因素：

   • 温度、湿度、粉尘、油污、震动等对光源的防护等级（IP等级）要求。
   • 与接触物体的兼容性（如食品、药品行业需符合认证）。

二、 LED光源在机器视觉中的核心优势

1. 长寿命： 通常寿命在50，000小时以上，大幅降低维护成本和更换频率。
2. 高效率/低功耗： LED光电转换效率高，相比传统光源更节能，产生的废热少。
3. 响应速度快： 能实现高速频闪（微秒级开关），适合高速运动的线上检测和冻结图像。
4. 亮度稳定可控： 通过电流调节能实现精准的亮度控制，稳定性好。
5. 单色性好/波长范围广： 可提供从紫外、可见光到红外的各种单色光，波谱集中（半宽窄），方便选择最佳波长以提高对比度。
6. 低热量： 减少对被检测物体的热影响（尤其对热敏材料重要）。
7. 体积小巧、设计灵活： 可设计成各种形状（环形、条形、点状、同轴、穹顶等）以满足不同照明需求。
8. 环保： 无汞等有害物质，符合环保要求。
9. 坚固耐用： 固态发光，抗震动和冲击性能好。

三、 LED光源的主要应用场景举例（对应光源类型）

1. 电子制造业：

   • PCB检测： 表面缺陷（刮痕、异物）、字符/标记识别（白色环形光、同轴光）、焊点质量（球积分光）。
   • 芯片(IC/SMT元件)检测： 定位（白色环形光）、引脚共面性/缺陷（同轴光）、BGA焊球（球积分光）。
   • 连接器检测： 引脚位置、尺寸、共面性（背光/环形光/同轴光）。
   • 晶圆/太阳能硅片检测： 表面划痕、裂纹、杂质、图形缺陷（蓝色同轴光、白色环形光）。

2. 汽车制造业：

   • 零部件尺寸测量： 齿轮、轴类、密封圈（背光）。
   • 表面缺陷检测： 车身漆面、塑料件（低角度线光、环形光）、金属零件划痕（蓝色环形光、同轴光）。
   • 装配验证： 装配完整性、有无缺失件（环形光、条形光）。
   • 字符/条码读取： VIN码、零部件追溯码（白色环形光、红色环形光）。

3. 包装印刷业：

   • 标签检测： 错印、漏印、污渍、颜色偏差（白色环形光）。
   • 瓶盖/瓶身检测： 位置、变形、液位、封口质量、有无内盖（背光、环形光）。
   • 印刷品检测： 网点、色彩套印、脏点（白色/蓝色环形光、同轴光）。
   • 包装缺陷检测： 密封性、封口褶皱、异物（背光、环形光）。
   • 二维码/条形码读取： 高速、高精度（白色或红色环形光/条形光，频闪）。

4. 制药与医疗器械：

   • 药片/胶囊检测： 缺粒、破裂、污点、颜色（白色环形光）。
   • 液体制剂检测： 灌装量、杂质、封口（背光、白色环形光）。
   • 包装完整性检测： 泡罩包装密封性、标签有无（背光、环形光）。
   • 注射器/针筒检测： 刻度线、活塞位置、有无玻璃碎屑（背光/环形光）。

5. 食品饮料业：

   • 灌装检测： 液位、异物（如玻璃瓶装饮料）、有无瓶盖（背光、红色环形光穿透）。
   • 外观检测： 水果分选（颜色、瑕疵）、瓶口损坏（环形光、低角度光）。
   • 日期/批号喷码检测： (白色环形光)。
   • 包装完整性（罐头、密封膜）： （背光）。

6. 其他应用：

   • 金属加工： 零件尺寸、轮廓、表面缺陷（蓝色/白色低角度光、同轴光）。
   • 纺织工业： 面料颜色、纹理、瑕疵（线阵光源+线扫相机）。
   • 玻璃行业： 划痕、气泡、杂质（蓝/白同轴光、背光）。
   • 物流分拣： 包裹面单识别、条码读取（环形光/条形光，频闪）。

总结：

为机器视觉系统选择合适的LED光源是一项复杂但至关重要的任务，需要系统性地考虑目标物特征（颜色、材质、表面状态）、检测任务（定位、测量、识别、缺陷）、成像环境、速度要求等，并综合光源的发光特性（波长/颜色）、照明方式、均匀性、亮度稳定性、形状尺寸、控制方式（是否频闪）以及环境适应性。充分发挥LED光源的长寿命、高效率、高响应速度、亮度可控、单色性好、设计灵活等优势，对于实现高效、精准、稳定的机器视觉检测至关重要。在工业自动化、品质控制、智能制造的各个领域，正确选择和应用的LED光源都扮演着不可或缺的角色。建议在项目初期就进行打光实验以验证效果。