圖1: 遠(yuǎn)心鏡頭同軸照明圖解。

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

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

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

何時(shí)使用同軸照明

在考慮使用同軸照明時(shí)，務(wù)必確切了解其適用和不適用的場(chǎng)合。由于照明路徑上的光線(xiàn)的性質(zhì)，同軸照明特別適合用于檢測(cè)鏡面或半鏡面物體，如半導(dǎo)體晶片或CCD。使用兩個(gè)不同的遠(yuǎn)心鏡頭（一個(gè)使用同軸照明，另一個(gè)不使用同軸照明）時(shí)，相同CCD的圖像會(huì)呈現(xiàn)出亮場(chǎng)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(chǎng)照明（左）和同軸照明（右）的比較。 

同軸照明是觀(guān)察CCD邊緣電線(xiàn)的更佳選擇，因?yàn)殡娋€(xiàn)與CCD其余部分之間的對(duì)比度更高、更均勻。如圖4所示，圖3（使用亮場(chǎng)照明）中的電線(xiàn)看起來(lái)更亮，使用同軸照明的圖像看起來(lái)更暗，這是由照明的光線(xiàn)路徑造成的。使用亮場(chǎng)照明時(shí)，光線(xiàn)會(huì)散射到鏡頭內(nèi)；而使用同軸照明時(shí)，光線(xiàn)會(huì)散射到鏡頭外。

使用亮場(chǎng)照明時(shí)，從環(huán)形燈產(chǎn)生的光線(xiàn)會(huì)被物體反射到鏡頭中。反射會(huì)根據(jù)環(huán)形燈中個(gè)別光源的角度以及電線(xiàn)自身相對(duì)于CCD表面和焊接材料的角度而變化，正因?yàn)槿绱耍煌娋€(xiàn)長(zhǎng)度上的反射的像素值不一致。使用同軸照明時(shí)，所有光線(xiàn)都會(huì)被物體反射，并散射到鏡頭外，因此碰觸到電線(xiàn)的光都不會(huì)反射回鏡頭中和傳感器上。同軸照明背景的對(duì)比度更均勻，而且電線(xiàn)的對(duì)比度更強(qiáng)，這使其成為觀(guān)察電線(xiàn)的更好選擇（相較于亮場(chǎng)照明）。

如果要觀(guān)察CCD護(hù)罩玻璃上的亮點(diǎn)或裂邊，同軸照明也是更具優(yōu)勢(shì)的選擇，因?yàn)檎麄€(gè)圖像的對(duì)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(duì)比度要比使用亮場(chǎng)照明形成的高對(duì)比度圖像（如圖3所示）高得多。

何時(shí)不使用同軸照明

由于同軸照明具備諸多優(yōu)勢(shì)，因此通常被認(rèn)為始終是空間有限的系統(tǒng)的選擇。遺憾的是，對(duì)于具有光學(xué)漫射性或需要大視場(chǎng)的物體來(lái)說(shuō)，它并不是最佳解決方案。在與漫射物體配合使用時(shí)，同軸照明會(huì)在圖像上產(chǎn)生熱點(diǎn)，該熱點(diǎn)是由物體的朗伯（Lambertian，一個(gè)幾乎不變的雙向反射分布函數(shù)）趨勢(shì)造成的，它對(duì)任何檢測(cè)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(shí)木制材料漫射物體的圖像。

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

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

當(dāng)然，在一些其他情況下，同軸照明并非理想之選。需要大視場(chǎng)時(shí)，照明系統(tǒng)的光學(xué)擴(kuò)展量會(huì)成為問(wèn)題，因?yàn)樵诖笠晥?chǎng)內(nèi)展開(kāi)光通量本身會(huì)導(dǎo)致密度低得多的光子束，因此會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的光通量產(chǎn)生負(fù)面影響。光源還會(huì)對(duì)具有大視場(chǎng)的同軸照明系統(tǒng)的性能產(chǎn)生顯著的負(fù)面影響，因?yàn)榻?jīng)過(guò)物體平面的大投射，小瑕疵會(huì)被放大。

內(nèi)置照明是觀(guān)察 CCD 邊緣電線(xiàn)的更佳選擇，因?yàn)殡娋€(xiàn)與 CCD 其余部分之間的對(duì)比度更高、更均勻。如圖 2 所示，圖 1（使用明視場(chǎng)照明）中的電線(xiàn)看起來(lái)更亮，使用內(nèi)置照明的圖像看起來(lái)更暗，這是由照明的光線(xiàn)路徑造成的。使用明視場(chǎng)照明時(shí)，光線(xiàn)會(huì)散射到鏡頭內(nèi)；而使用內(nèi)置照明時(shí)，光線(xiàn)會(huì)散射到鏡頭外。

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