熊恒

（漢口學院，湖北 武漢 430212）

探析彩色視覺照明技術(shù)

熊恒

（漢口學院，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，為了彌補生理的局限，人類發(fā)明了機器視覺技術(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器和設(shè)備，去拓展人類的視覺認知范圍，去增強人們認識世界、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，將目標轉(zhuǎn)換為圖像信號傳送給圖像處理系統(tǒng)，來達到提取目標特征的目的，因此機器視覺可以代替人的眼睛去認識這個世界。目前機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。隨著當前工業(yè)技術(shù)的不斷進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、光學系統(tǒng)、攝像機、圖像采集卡以及圖像處理器等。其中，攝像機、光學系統(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。作為彩色視覺系統(tǒng)的核心部件，攝像機對于彩色視覺系統(tǒng)具有重要性，從本質(zhì)上看，攝像機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行光電轉(zhuǎn)換，進而能夠以目標物將圖像的方式進行存儲。在圖像采集的時候進行攝像機選擇，既要考慮目標圖像的特點，又要考慮攝像機的采集速度、分辨率、光學接口、照明方式、設(shè)備的體積等因素。

按照不同的分類標準，攝像機可以分為不同的類型。按照靶面類型的不同，可以將攝像機分為面陣相機和線陣相機；按照所采集圖像的顏色不同，可以將攝像機分為彩色相機和黑白相機兩種；按照攝像機的芯片處理技術(shù)不同，可以將攝像機分為CCD相機和CMOS相機。

（2）光學系統(tǒng)。在彩色視覺系統(tǒng)中由光學鏡頭和濾光器共同組成了其光學系統(tǒng)，其中光學鏡頭所起到的主要作用是把視覺的目標物聚集到攝像機的圖像傳感器光敏面之上。因此，光學鏡頭的質(zhì)量好壞會直接影響目標物的成像質(zhì)量和分辨率，進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，將可能影響到目標物成像質(zhì)量的譜段能量進行過濾；第二是帶通特性，在攝像的過程中，只允許目標物特定極性的光波通過攝像儀器進而成像；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)所需要的運載負荷能力。在工業(yè)生產(chǎn)過程中對彩色視覺的實際應(yīng)用時，圖像處理平臺的運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，當視覺處理系統(tǒng)的運載負荷小于或者等

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，則要采用更為復雜的專用圖像處理平臺對圖像進行處理。

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。一般來說，良好的照明技術(shù)可以提高圖像目標的亮度，照亮圖像目標，使其整體特征更加明顯地暴露在攝像機下，克服周圍環(huán)境不良光的干擾，保證目標圖像的穩(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，其可使用的壽命長、半衰期久，在實際的系統(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，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行調(diào)整。除此之外，led光源具有單向?qū)щ娦?，因此會有較好的單色性，比其他的光源單色性更好更為穩(wěn)定，可以得到目標物體不同光譜能量的光源。

針對不同的目標物體，在照明的時候有著不同的設(shè)計方案。一般來說，當光源和攝像機都位于目標圖像一側(cè)的時候，采用全景光的照明方式，去表現(xiàn)目標物體的一些細節(jié)特征。而當光源和攝像機位于目標圖像兩側(cè)的時候，一般采用背景光的打光方式去檢查目標圖像的底片缺陷，并測量其整體的外部特征。當需要識別文字或者圖片的形狀，或者進行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)過反射之后再進入攝像機，以突出目標物體邊緣的輪廓。

3 結(jié)語

機器視覺系統(tǒng)不僅大大拓展了人類視覺的認識范圍，當前更是成為工業(yè)生產(chǎn)中一種重要的非接觸檢測技術(shù)方式。隨著機器視覺技術(shù)的不斷進步，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，大學本科，主要研究方向：光電信息科學與工程。