熊恒

（漢口學(xué)院，湖北 武漢 430212）

探析彩色視覺照明技術(shù)

熊恒

（漢口學(xué)院，湖北 武漢 430212）

人類獲取視覺信息的主要途徑是眼睛，而由于人類生理的局限性，視力所及范圍極為有限，為了彌補(bǔ)生理的局限，人類發(fā)明了機(jī)器視覺技術(shù)，從灰色視覺系統(tǒng)到彩色視覺系統(tǒng)，顏色信息的收集和處理變得尤為關(guān)鍵和重要。在彩色視覺系統(tǒng)中，攝像儀器設(shè)備和照明技術(shù)極為關(guān)鍵，針對不同的目標(biāo)圖像和不同的信息收集目的，需要選取不同的攝像儀器，制定有針對性的照明設(shè)計方案。

彩色視覺；攝像儀器；照明技術(shù)

視覺是人們獲得外界信息的一個基本途徑，而眼睛則是人類獲取視覺信息的基本媒介，但是由于人類本身的視覺器官眼睛具有各種各樣的極限，所以，在漫長的歷史過程中，人類發(fā)明了各種各樣的視覺機(jī)器和設(shè)備，去拓展人類的視覺認(rèn)知范圍，去增強(qiáng)人們認(rèn)識世界、改造世界的能力。人類所發(fā)明的可以拓寬自身視覺器官的儀器，被稱為機(jī)器視覺。從一定意義上講，其基本原理在于通過圖像攝取裝置，將目標(biāo)轉(zhuǎn)換為圖像信號傳送給圖像處理系統(tǒng)，來達(dá)到提取目標(biāo)特征的目的，因此機(jī)器視覺可以代替人的眼睛去認(rèn)識這個世界。目前機(jī)器視覺在世界范圍內(nèi)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，比較典型的例子有pcb板的表面質(zhì)量檢測，以及LCD屏的質(zhì)量檢測技術(shù)等等。

在機(jī)器視覺的應(yīng)用過程中，彩色視覺是一個非常關(guān)鍵的概念，它將顏色信息的收集和處理納入之中，與人眼的視覺測量相比，彩色視覺的測量具有更高的分辨能力、抗干擾性和穩(wěn)定性。隨著當(dāng)前工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步和集成電路處理能力的不斷突破，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的彩色機(jī)器視覺對于顏色信息的要求也越來越高。因此彩色視覺技術(shù)應(yīng)該朝著更高的分辨率和更清晰的成像度發(fā)展，以便能夠更好地識別和處理目標(biāo)物。

1 彩色視覺照明的硬件設(shè)備

對于彩色視覺系統(tǒng)來說，其硬件設(shè)備尤為重要，只有擁有良好的硬件設(shè)備，才能采集出一幅高質(zhì)量的圖像，尤其是能夠正確有效地采集到被測目標(biāo)的顏色信息。彩色視覺系統(tǒng)的主要組成部分有以下幾個：光源、光學(xué)系統(tǒng)、攝像機(jī)、圖像采集卡以及圖像處理器等。其中，攝像機(jī)、光學(xué)系統(tǒng)和圖像處理平臺構(gòu)成了彩色視覺系統(tǒng)的三大硬件設(shè)備。

（1）攝像機(jī)。作為彩色視覺系統(tǒng)的核心部件，攝像機(jī)對于彩色視覺系統(tǒng)具有重要性，從本質(zhì)上看，攝像機(jī)的作用主要是通過光電效應(yīng)將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，它的主要功能就是進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，進(jìn)而能夠以目標(biāo)物將圖像的方式進(jìn)行存儲。在圖像采集的時候進(jìn)行攝像機(jī)選擇，既要考慮目標(biāo)圖像的特點(diǎn)，又要考慮攝像機(jī)的采集速度、分辨率、光學(xué)接口、照明方式、設(shè)備的體積等因素。

按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，攝像機(jī)可以分為不同的類型。按照靶面類型的不同，可以將攝像機(jī)分為面陣相機(jī)和線陣相機(jī)；按照所采集圖像的顏色不同，可以將攝像機(jī)分為彩色相機(jī)和黑白相機(jī)兩種；按照攝像機(jī)的芯片處理技術(shù)不同，可以將攝像機(jī)分為CCD相機(jī)和CMOS相機(jī)。

（2）光學(xué)系統(tǒng)。在彩色視覺系統(tǒng)中由光學(xué)鏡頭和濾光器共同組成了其光學(xué)系統(tǒng)，其中光學(xué)鏡頭所起到的主要作用是把視覺的目標(biāo)物聚集到攝像機(jī)的圖像傳感器光敏面之上。因此，光學(xué)鏡頭的質(zhì)量好壞會直接影響目標(biāo)物的成像質(zhì)量和分辨率，進(jìn)而影響到彩色視覺系統(tǒng)的整體性能。

濾光器有的時候也被叫做濾光片，在彩色視覺系統(tǒng)中，它的主要作用有三個：第一是光阻特性，即在圖像信息的收集過程中，將可能影響到目標(biāo)物成像質(zhì)量的譜段能量進(jìn)行過濾；第二是帶通特性，在攝像的過程中，只允許目標(biāo)物特定極性的光波通過攝像儀器進(jìn)而成像；第三個功能是衰減特性，也就是在成像的時候，能夠衰減目標(biāo)物的光譜能量。

（3）圖像處理平臺。在彩色視覺系統(tǒng)中，選擇圖像處理平臺的時候，要首先考慮到彩色視覺系統(tǒng)所需要的運(yùn)載負(fù)荷能力。在工業(yè)生產(chǎn)過程中對彩色視覺的實(shí)際應(yīng)用時，圖像處理平臺的運(yùn)算速度主要是受圖像處理算法類型和開發(fā)軟件包效率的影響，一般來說，當(dāng)視覺處理系統(tǒng)的運(yùn)載負(fù)荷小于或者等

于100萬pixels/second的時候，或者是屬于對靜態(tài)圖像進(jìn)行拍攝的非在線測量系統(tǒng)，PC的視覺處理系統(tǒng)更為適用，反之，則要采用更為復(fù)雜的專用圖像處理平臺對圖像進(jìn)行處理。

2 彩色視覺系統(tǒng)的照明技術(shù)

在彩色視覺系統(tǒng)中，圖像的采集和處理有著極為重要的作用，而圖像采集和處理所需要的信息一般都來自于所采集的圖像目標(biāo)之中，因此圖像本身的質(zhì)量會影響著整個彩色視覺系統(tǒng)的質(zhì)量。而照明技術(shù)的好壞，則直接影響的彩色視覺系統(tǒng)所采集的圖像目標(biāo)。一般來說，良好的照明技術(shù)可以提高圖像目標(biāo)的亮度，照亮圖像目標(biāo)，使其整體特征更加明顯地暴露在攝像機(jī)下，克服周圍環(huán)境不良光的干擾，保證目標(biāo)圖像的穩(wěn)定性和持久性，從而形成最為有利于圖像處理的成像效果。

照明技術(shù)的好壞會決定彩色系視覺系統(tǒng)的成敗，其中照明技術(shù)的對比度、亮度和魯棒性是影響彩色視覺系統(tǒng)極為關(guān)鍵的因素。通過對彩色視覺系統(tǒng)照明技術(shù)的設(shè)計，使目標(biāo)圖像和其所在的背景得到有效分離，大大降低圖像后續(xù)處理的難度，提高系統(tǒng)測量和定位的精準(zhǔn)度，保證系統(tǒng)的可靠性和綜合性。一般在彩色視覺系統(tǒng)中，所采用的照明技術(shù)多是led光源，也即發(fā)光二極管，它由PN結(jié)構(gòu)組成，能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光。相比于其他的照明技術(shù)來說，led光源具有體積小、重量輕、便于攜帶的特點(diǎn)，其可使用的壽命長、半衰期久，在實(shí)際的系統(tǒng)操作過程中，led光源更是具有所需要的供電電壓低，耗電量少的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動起來更為簡單，也更為容易操控，其發(fā)光的亮度和效率都可以進(jìn)行調(diào)整。除此之外，led光源具有單向?qū)щ娦裕虼藭休^好的單色性，比其他的光源單色性更好更為穩(wěn)定，可以得到目標(biāo)物體不同光譜能量的光源。

針對不同的目標(biāo)物體，在照明的時候有著不同的設(shè)計方案。一般來說，當(dāng)光源和攝像機(jī)都位于目標(biāo)圖像一側(cè)的時候，采用全景光的照明方式，去表現(xiàn)目標(biāo)物體的一些細(xì)節(jié)特征。而當(dāng)光源和攝像機(jī)位于目標(biāo)圖像兩側(cè)的時候，一般采用背景光的打光方式去檢查目標(biāo)圖像的底片缺陷，并測量其整體的外部特征。當(dāng)需要識別文字或者圖片的形狀，或者進(jìn)行LCD面板檢測的時候，一般采用高角度的照射方式，以突出目標(biāo)圖片的凸起部分，并在其凸起部分的周圍形成陰影面積。而當(dāng)需要讀取刻印的文字，或者檢查工件邊緣輪廓的時候一般采用的照明方式為低角度照射，使光線在經(jīng)過反射之后再進(jìn)入攝像機(jī)，以突出目標(biāo)物體邊緣的輪廓。

3 結(jié)語

機(jī)器視覺系統(tǒng)不僅大大拓展了人類視覺的認(rèn)識范圍，當(dāng)前更是成為工業(yè)生產(chǎn)中一種重要的非接觸檢測技術(shù)方式。隨著機(jī)器視覺技術(shù)的不斷進(jìn)步，彩色視覺技術(shù)逐漸取代了灰色視覺技術(shù)，與灰色視覺測量技術(shù)的不同，彩色視覺在測量過程中加入了對目標(biāo)物體顏色信息的收集和處理，因凸顯了顏色在圖像信息中的重要性，彩色視覺系統(tǒng)比灰色視覺系統(tǒng)具有更高的抗干擾性、適應(yīng)性和更高的分辨率。而在彩色視覺系統(tǒng)中，圖像的采集設(shè)備和照明技術(shù)都起到了非常關(guān)鍵的作用，針對不同的目標(biāo)圖片和檢測目的，需要有針對性地選取不同的攝像儀器和照明設(shè)計方案。

Analysis of Colour Vision Lighting Technology

XIONG Heng
（Hankou College，Wuhan，Hubei 430212，China）

Peoplemainly getvisual information with eyes，butdue to the limitationsofhuman physiology，visualacuity is limited.In order tomake up for the limitationsofphysiology，human beingshave inventedmachine vision technology.From gray visual system to color vision system，collection and processing of color information is particularly criticaland important.In colour vision systems，video equipmentand lighting technology is crucial.For different target imagesand different purposesof information collection，itneeds to choose differentcamera instrument，and develop targeted lighting design.

colourvision；camera instrument；lighting technology

TP391.41

A

2095-980X（2016）11-0014-02

2016-10-19

熊恒（1994-），男，湖北黃岡人，大學(xué)本科，主要研究方向：光電信息科學(xué)與工程。