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机器视觉光源颜色选型攻略


时间:2020-11-27

应用领域:光源


   在机器视觉系统中,光源具有非常重要的作用,选择合适的光源成为决定整个系统成败的关键因素,光源的主要目的就是将被测物体与背景尽量明显分别,获得高品质、高对比度的图像。下面带您了解一下机器视觉光源颜色的选择攻略:

   一般情况下,如果使用黑白相机,又对被测物体的颜色选择没有特殊的要求,红色是比较合适的选择。因为红色LED寿命长、稳定、价格低廉,更重要的是红色LED的波长更接近传感器的灵敏度峰值,而通常的CCD对紫色、蓝色的光敏感程度没有红光强。

   如果进行彩色成像,则通常考虑使用白色光源。白色LED光源的制造有几种方法,一种是使用白色LED制造,发光管内部有蓝色发光芯片与受到激发后发出黄色的荧光粉,发出的光按一定比例叠加到一起,看起来形成了白色,这是最为常见的形式。另一种方法是使用红绿蓝三种不同颜色的LED,按某种顺序或方式在光源上进行排列,并分别控制每种颜色的度,使用相对方便。此种方法通常使用四个单色RGGB颗粒进行排列,所以其中的绿色分量通常会比较足,之所以多加一个绿色的G通量,是因为人眼对绿色光源(波长555nm)最敏感。

   机器视觉应用中应注意目标颜色与光源颜色的搭配,我们看到某个物体成某种颜色,是因为其反射了对应的光谱。我们拍摄物体时,如果要将某种颜色打成白色,那么就得使用与此颜色相同或相似的光源(光的波长一样或接近),而如果要打成黑色,则需要选择与目标颜色波长差较大的光源。

   彩色图像中,除了黑色、灰色不明显,其它如白色、紫色、蓝色、绿色、黄色、橙色、红色、棕色都很明显,色彩饱满艳丽。多色排线在白色光源下的黑白相机大尺度成像,可以发现其中的白色、黄色、绿色、橙色较明亮,说明相机对这些波长比较敏感。在红光下成像时,白、红、橙、黄几种颜色比较明显,其它的颜色都很暗,说明红光照射物体时,物体本身有红色分量时,才能反射红光,在黑白相机下表现为红色特征。而在绿色光源下,则白色、绿色、黄色表现明亮,其它较暗淡。蓝色光源下,白色、紫色、蓝色等表现较亮,有效反射蓝光。从中也可以发现,白色,无论在什么光照下,都成明显的白色,是因为其本身不吸收光谱,任何光谱照射到其表面上都会被反射;相反,黑色材料则无论什么光照射上去都不反光成黑色。

   活中看到某个物体呈现某种颜色,是因为物体表面反射了该对应的光谱。

   视觉应用中,为目标颜色合理地选择光源的颜色有利于降低算法难度、提高系统稳定性。

一、同类色

   同类色指色相性质相同,但色度有深浅之分。

   是色相环中15°夹角内的颜色。

   如深红与浅红,深蓝与浅蓝。

二、邻近色

   邻近色,就是在色带上相邻近的颜色。

   例如红色和橙色。

   是色相环中,凡在60度范围之内的颜色都属邻近色的范围

三、互补色/对比色

   有非常强烈的对比度,在颜色饱和度很高的情况下,可以创建很多十分震撼的视觉效果。

   例如橙和蓝、红和绿、黄和紫。

   在色相环中每一个颜色对面(180度对角)的颜色。

四、类似色

   类似色是指在色轮上相邻的三个颜色。

   在色轮上90度角内的色统称为类似色。

   例如红-红橙-橙、黄-黄绿-绿、青-青紫-紫等均为类似色。

五、光源颜色选择

   基于以上颜色理论,如果要将目标打成白色需要选用同类色,如果要目标打成黑色需要选用互补色。

   合理选择光源颜色可以使特征和背景之间产生较大的灰度差别。一把情况下,如果使用黑白相机,对被测物体的颜色没有特殊要求的情况下,红色是比较好的选择。

   红色LED寿命长、稳定、价格低。通常ccd对红光比较敏感。波长越长,穿透能力越强。红外的穿透能力强,适合检测透光性差的物体,如棕色口服液杂质检测。

   波长越短,扩散能力越强。紫外对表面的细微特征敏感,适合检测对比不够明显的地方,如食用油瓶上的文字检测。  表面瑕疵检测一般使用蓝光。

   不同波长的光线聚焦点不一样,可以参照彩虹形成的原理。在图像中心区域,不用颜色形成的光斑是同心圆。向图像边缘移动时会产生彩虹效应,目标特征将在更大区域上成像,会导致对比度降低。对像素较小的相机影响更严重。