一、引言

在工业视觉领域，色彩还原度是衡量成像系统性能的关键指标之一。特别是在食品检测、印刷质量控制以及电子元件分拣等对色彩要求极为严苛的应用场景中，精确的色彩还原不仅能够显著提升产品的质量，还能大幅度提高生产流程的效率。然而，传统的彩色成像技术在处理复杂样品色彩时，往往受限于光学设计和相机性能的局限性。

二、彩色线扫的三种主要方式

目前，彩色线扫相机在工业视觉领域主要有以下三种实现方式：

1.双线插值彩色相机

工作原理：通过两条线扫描传感器分别捕捉红色和蓝色通道，中间的绿色通道通过插值计算得出。

优点：成本较一般，适合一般的色彩检测需求。

缺点：色彩还原精度有限，特别是在高饱和度区域容易出现色差。

2. 三线彩色相机

工作原理：使用三条线扫描传感器分别捕捉红、绿、蓝三个通道的图像。

优点：色彩还原度较高，成像速度快。

缺点：成本较高，且可能受到视差效应的影响，特别是在三维或动态样品中。

3. 三棱镜彩色相机

工作原理：通过三棱镜将光线分离为红、绿、蓝三色后，分别由三个传感器捕捉。

优点：色彩还原精度最高，无视差效应，适用于高精度色彩检测。

缺点：设备成本非常高，系统复杂度较高，且对环境稳定性要求较高。

在以上三种方式中，成本从低到高依次为双线插值、三线彩色、三棱镜彩色。对于大多数工业应用，特别是在成本敏感型场景中，寻求更具性价比的解决方案成为关键。

三、RGB分时线扫合成光源的优势

基于上述局限性，我们提出了一种基于RGB分时线扫合成光源搭配黑白相机的解决方案，通过分时拍摄红、绿、蓝三种光谱的单通道图像并合成彩色图像。这种方法不仅克服了传统三线和彩色相机的视差问题，还在成本方面具有显著优势：

低成本：与双线插值彩色相机和三线彩色相机相比，RGB分时线扫光源搭配黑白相机的方案大幅降低了设备成本，适合更广泛的工业应用场景。

高色彩还原度：通过精确的光谱控制和算法合成，能够达到接近三线彩色相机的色彩还原精度。

系统灵活性：可根据不同应用场景灵活调整光源强度和曝光参数，适配性更强。

1. 实验验证

为了评估该技术的效果，我们设计了一组对比实验，分别使用分时拍摄方法和双线插值彩色相机拍摄样品，并对结果进行分析。

2.实验配置

设备：RGB三色线光源和高精度频闪控制器，利用线扫分时频闪控制器分别激发红、绿、蓝光谱进行拍摄标准色卡样品。

方法：

分时频闪拍摄一张长图，再抽行拼接成三张分别对应RGB三色的单通道图像，再通过算法合成为彩色图像。双线彩色相机同步采集图像作为对照组。手机拍摄样品图像作为实际样品的参考。

分时频闪原图    分时频闪拆分图(分别对应RGB)      合成彩色图

图1

3.结果对比

分时频闪合成彩色图           手机拍摄样品图          双线相机拍摄彩色图 

图2

在三张图像中，合成彩色图在色彩表现和细节还原方面均优于双线插值彩色相机图像，并接近手机拍摄的实际样品图像。

1．色彩一致性：合成彩色图表现出的颜色饱和度与手机拍摄的样品一致，例如左上角区域的杏黄色表现更加自然，而双线彩色相机图像中的该区域颜色则偏淡。

2．边缘清晰度：分时拍摄图像边缘清晰度较对照组提升约20%，有效消除了视差效应。

3．视觉感知：通过对比图像观察，不同光谱的颜色过渡在合成彩色图中更加平滑，与实际样品的视觉感受一致。

图中可以直观地看到，合成彩色图在高饱和度颜色区域和纹理细节上表现出更接近手机样品的特点，而双线彩色相机图像则表现出一定程度的色彩失真和细节模糊。

四、实际应用与前景展望

分时多光谱成像技术凭借其卓越的色彩还原精度和一致的成像效果，展现了巨大的应用潜力。

电子元件检测领域：该技术能够精确地识别出微小的色差和表面缺陷；食品加工行业：它可用于更精确地鉴别产品的成熟度和质量等级；纺织品印刷和配色：能够实现更高标准的色彩一致性。

此外，该技术在成本和性能之间实现了更好的平衡，特别适合对预算敏感但对色彩还原精度要求较高的工业场景。未来，随着算法和硬件的进一步优化，该技术有望覆盖更广泛的应用领域。