机器视觉在彩色图像采集中的分析和应用

作者：    来源：中国视觉网

欢迎访问e展厅 展厅 10 机器视觉展厅 工业相机, 镜头, 视觉传感器, 图像采集卡, 视觉光源, ... 前言 机器视觉已在全世界范围内广泛运用于半导体、电子、汽车、食品、医药、纺织、交通等各种产业。在中国，随着配套基础建设的完善，技术、资金的积累，各行各业对采用图像和机器视觉技术的工业自动化、智能化需求广泛出现，逐步开始了工业现场的应用，比如，制药行业的药品检测分装、印刷业的印刷色彩检测、PCB板的表面质量检测、LCD屏的质量检测等等。可以说机器视觉已经深入到我们的生活、生产和工作的方方面面。然而，随着应用的越来越广泛，灰度图像的采集已经不能完全满足应用的需要，彩色图像采集技术显得尤为迫切与重要。目前彩色图像采集应用已经成功地被引入到新一代的LCD显示器产业和 PCB检测产业中。那么，如何实现从灰度图像检测到彩色图像检测的跨越呢？ 彩色图像组件的分类 一般常见的彩色图像三原色RGB（红、绿、蓝）适用于色彩重现，常用于显示器与相机上，而以“饱和度／彩度／色相”为标准的色彩系统是用于机器视觉应用中。因此，彩色图像处理分析软件，必须能够从描述色彩的彩色组件（彩度与色相）中区分出无色（灰度或黑色及白色）组件（饱和度），以更直觉而完整地解释色彩，这对于检测与分割色彩对象并且去除光线效果十分有效。显示出色相组件（HIS色彩空间中的H 组件）并不会改变对象着色、阴影与明亮强度，同样地，此色相组件在内在色彩或物理对象方面有其差异性。因此，在进行彩色图像处理或分析时，需要先将RGB图像转换为另一个色彩空间，诸如LSH、ISH或YSH。 彩色图像的转换 转换色彩是一件极为耗时的工作，为了解决这项难题，彩色图像分析软件采用高分辨率色彩查询表机制；查询表是一组数值数组，包含了输入输出之间的对应关系。只要预先计算查询表，就能检查套用转换至每个图像上的情况。 查询表的运算值可用于将图像从一个色彩系统转换为另一个色彩系统，此外，也能进行设定以套用使用者定义的转换内容，例如Gamma 补偿与色彩平衡校正。另外，部分操作会“对照”查询查询表的内容，避免储存已转换图像的需求。例如，在图像仍是以RGB 格式进行储存的情况下，可以变更图像 ISH 色彩空间的H组件。 彩色图像的色彩分割 一般除了传统的彩色图像处理功能，例如Bayer制式至色彩空间转换或色彩平衡校正外，彩色图像分析软件也可提供强大的色彩分析功能，让使用者能分类色彩对象和检测瑕疵。 “阈值”是进行分割的基本机制，可根据对比从图像背景中区分出对象。在彩色图像的部分，还可自由指定特定对象的数值范围，使用者可选择每个组件的数值范围，例如仅根据色相选择“橄榄绿”像素，加上对饱和度及彩度宽松的辨识力，以消除表面的光线效果。 另一项区分场景中不同对象的更有效方法，就是考虑一组特定颜色，并指定每个最接近这些颜色的像素。彩色图像分割功能让您可以指定每个像素的“层级”（整数指数值），以分解不同区域里的彩色图像。 彩色图像处理组件库的应用扩展 上述的EasyColor彩色图像处理功能通常会与其它图像处理组件库共同使用，例如彩色图像阈值技术可搭配EasyOCR、 EasyMatrixCode或EasyBarCode组件库，以分别读取彩色印刷或是彩色对象上的字符、2D Matrix Codes或条形码。而彩色图像分析技术可搭配Open eVision的EasyObject组件库，以对分割区域进行斑点分析（Blob analysis）。此外，彩色图像处理亦可整合至Open Vision 其它的软件模块中，如：Open eVision专门用于灰度匹配的组件库EasyMatch。 彩色图像的其它转换功能 彩色图像的其他转换功能往往还包含了色彩平衡（又称白平衡），色彩平衡会全域调整色彩的强度（一般为红、绿、蓝三原色），而调整的主要目标是为正确呈现特殊色彩—特别是中性色。在机器视觉应用中，色彩不平衡的情况主要是源自于使用的光线类型，也有可能是图像采集装置校正错误的缘故。 同时最佳的Bayer制式至RGB转换功能、假色处理（Pseudo coloring）功能（强化呈现灰度图像的效果）及组件扩充功能也是彩色图像处理所需的转换功能。 应用范例 彩色图像处理的最常应用于以下的产业，包括：食品加工业的蔬果或包装食品检测、制药业的药品检测、FPD检测（平面显示器）、电子业的PCB检测（印刷电路板），以及印刷业的印刷品检测。 最新趋势 目前最新的彩色图像采集应用的市场趋势为：通过硬件方式实行色彩转换。 例如：Euresys的Grablink QuickPACk ColorScan兼容于Camera Link线扫描相机，使用主板上的 FPGA，针对彩色扫描应用提供加速图像预处理的功能。这些功能包括：扫描延迟补偿（通过多次采集RGB图像，根据物体移动的速度，重建真实的RGB图像，从而消除色彩错位的问题）、光场不均匀校正（补偿图像中光照不均匀之处）、查询表与白平衡校正，进而大幅简化及加速彩色文件扫描或PCB检测。 又如全新的Grablink QuickPACk CFA兼容于Camera Link Bayer制式及RGB制式的面扫描相机。该卡具有Bayer制式解码、白平衡、亮度提取器、四个LUT运算的预处理功能。 Euresys与ADLINK ADLINK 为Euresys在中国区唯一总代理，凭借凌华科技在自动化检测与控制相关应用的专业经验，结合合作伙伴Euresys的专业技术，共同提出完整的机器视觉解决方案，包括：图像采集卡、图像分析软件、工业相机等整套视觉方案硬件，可缩短设备商验证性能所需耗费的人力、物力与时间。同时结合运动控制部分，提供运动控制、高速触发控制、工业计算机平台等全方位的解决方案、技术支持与服务，经验证的高可靠度整合平台，确保了效能，缩短了上市时间，抓住了新一代光学检测设备的商机。(end)

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