同軸照明是一種照明風格

圖1: 遠心鏡頭同軸照明圖解。

將同軸照明與亮場照明進行比較，也會產(chǎn)生截然不同的結(jié)果。圖2顯示了使用亮場照明與同軸照明的鍍鉻玻璃凸形USAF 1951的對比度目標。

圖2: 使用亮場照明（圖2a）和同軸照明（圖2b）的鍍鉻玻璃USAF 1951的分辨率目標。

這兩種照明最直接的差別在于兩張圖像的對比度全相反。此外，目標中的缺陷在亮場圖像中更加明顯，這可能會產(chǎn)生有利或不利的影響，具體取決于應用。有趣的是，目標的高反射性質(zhì)使同軸照明圖像產(chǎn)生比亮場照明圖像高出約10%的對比度 - 下文將解釋其原因。

何時使用同軸照明

在考慮使用同軸照明時，務必確切了解其適用和不適用的場合。由于照明路徑上的光線的性質(zhì)，同軸照明特別適合用于檢測鏡面或半鏡面物體，如半導體晶片或CCD。使用兩個不同的遠心鏡頭（一個使用同軸照明，另一個不使用同軸照明）時，相同CCD的圖像會呈現(xiàn)出亮場照明（使用環(huán)形燈）和同軸照明之間的差別。圖3中顯示了圖像。

圖3: 亮場照明（左）和同軸照明（右）的比較。 

同軸照明是觀察CCD邊緣電線的更佳選擇，因為電線與CCD其余部分之間的對比度更高、更均勻。如圖4所示，圖3（使用亮場照明）中的電線看起來更亮，使用同軸照明的圖像看起來更暗，這是由照明的光線路徑造成的。使用亮場照明時，光線會散射到鏡頭內(nèi)；而使用同軸照明時，光線會散射到鏡頭外。

使用亮場照明時，從環(huán)形燈產(chǎn)生的光線會被物體反射到鏡頭中。反射會根據(jù)環(huán)形燈中個別光源的角度以及電線自身相對于CCD表面和焊接材料的角度而變化，正因為如此，不同電線長度上的反射的像素值不一致。使用同軸照明時，所有光線都會被物體反射，并散射到鏡頭外，因此碰觸到電線的光都不會反射回鏡頭中和傳感器上。同軸照明背景的對比度更均勻，而且電線的對比度更強，這使其成為觀察電線的更好選擇（相較于亮場照明）。

如果要觀察CCD護罩玻璃上的亮點或裂邊，同軸照明也是更具優(yōu)勢的選擇，因為整個圖像的對比度更加均勻。使用同軸照明顯示的暗淡裂邊（由圖4所示的散射光造成）在雜亂的CCD背景下顯示的對比度要比使用亮場照明形成的高對比度圖像（如圖3所示）高得多。

何時不使用同軸照明

由于同軸照明具備諸多優(yōu)勢，因此通常被認為始終是空間有限的系統(tǒng)的選擇。遺憾的是，對于具有光學漫射性或需要大視場的物體來說，它并不是最佳解決方案。在與漫射物體配合使用時，同軸照明會在圖像上產(chǎn)生熱點，該熱點是由物體的朗伯（Lambertian，一個幾乎不變的雙向反射分布函數(shù)）趨勢造成的，它對任何檢測系統(tǒng)都是有害的。圖5顯示了使用（右圖）和不使用（左圖）同軸照明時木制材料漫射物體的圖像。

                 圖4: 使用亮場照明（左）和同軸照明（右）的光線路徑的比較。

當朗伯型物體采用同軸照明時，圖像在視場中心具有定義明確的熱點。此熱點可有效沖刷出所需的對比度，為亮場圖像產(chǎn)生約70%的對比度，為同軸照明圖像產(chǎn)生約8%的對比度，這兩個對比度值均取自圖像中心。

當然，在一些其他情況下，同軸照明并非理想之選。需要大視場時，照明系統(tǒng)的光學擴展量會成為問題，因為在大視場內(nèi)展開光通量本身會導致密度低得多的光子束，因此會對整個系統(tǒng)的光通量產(chǎn)生負面影響。光源還會對具有大視場的同軸照明系統(tǒng)的性能產(chǎn)生顯著的負面影響，因為經(jīng)過物體平面的大投射，小瑕疵會被放大。

內(nèi)置照明是觀察 CCD 邊緣電線的更佳選擇，因為電線與 CCD 其余部分之間的對比度更高、更均勻。如圖 2 所示，圖 1（使用明視場照明）中的電線看起來更亮，使用內(nèi)置照明的圖像看起來更暗，這是由照明的光線路徑造成的。使用明視場照明時，光線會散射到鏡頭內(nèi)；而使用內(nèi)置照明時，光線會散射到鏡頭外。

                           圖5: 使用亮場照明（左）和同軸照明（右）的木制物體的比較。