探析彩色視覺照明技術

熊恒

（漢口學院，湖北 武漢 430212）

探析彩色視覺照明技術

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，人類發明了機器視覺技術，從灰色視覺系統到彩色視覺系統，顏色信息的收集和處理變得尤為關鍵和重要。在彩色視覺系統中，攝像儀器設備和照明技術極為關鍵，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計方案。

彩色視覺；攝像儀器；照明技術

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，人類發明了各種各樣的視覺機器和設備，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，將目標轉換為圖像信號傳送給圖像處理系統，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已經被廣泛應用，比較典型的例子有pcb板的表面質量檢測，以及LCD屏的質量檢測技術等等。

在機器視覺的應用過程中，彩色視覺是一個非常關鍵的概念，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、抗干擾性和穩定性。隨著當前工業技術的不斷進步和集成電路處理能力的不斷突破，應用于工業生產的彩色機器視覺對于顏色信息的要求也越來越高。因此彩色視覺技術應該朝著更高的分辨率和更清晰的成像度發展，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備

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

（1）攝像機。作為彩色視覺系統的核心部件，攝像機對于彩色視覺系統具有重要性，從本質上看，攝像機的作用主要是通過光電效應將光信號轉變為電信號，它的主要功能就是進行光電轉換，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不同，可以將攝像機分為CCD相機和CMOS相機。

（2）光學系統。在彩色視覺系統中由光學鏡頭和濾光器共同組成了其光學系統，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，光學鏡頭的質量好壞會直接影響目標物的成像質量和分辨率，進而影響到彩色視覺系統的整體性能。

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。在彩色視覺系統中，選擇圖像處理平臺的時候，要首先考慮到彩色視覺系統所需要的運載負荷能力。在工業生產過程中對彩色視覺的實際應用時，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軟件包效率的影響，一般來說，當視覺處理系統的運載負荷小于或者等

于100萬pixels/second的時候，或者是屬于對靜態圖像進行拍攝的非在線測量系統，PC的視覺處理系統更為適用，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 彩色視覺系統的照明技術

在彩色視覺系統中，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，因此圖像本身的質量會影響著整個彩色視覺系統的質量。而照明技術的好壞，則直接影響的彩色視覺系統所采集的圖像目標。一般來說，良好的照明技術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，克服周圍環境不良光的干擾，保證目標圖像的穩定性和持久性，從而形成最為有利于圖像處理的成像效果。

照明技術的好壞會決定彩色系視覺系統的成敗，其中照明技術的對比度、亮度和魯棒性是影響彩色視覺系統極為關鍵的因素。通過對彩色視覺系統照明技術的設計，使目標圖像和其所在的背景得到有效分離，大大降低圖像后續處理的難度，提高系統測量和定位的精準度，保證系統的可靠性和綜合性。一般在彩色視覺系統中，所采用的照明技術多是led光源，也即發光二極管，它由PN結構組成，能夠將電能轉化為可見光。相比于其他的照明技術來說，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，耗電量少的優點，驅動起來更為簡單，也更為容易操控，其發光的亮度和效率都可以進行調整。除此之外，led光源具有單向導電性，因此會有較好的單色性，比其他的光源單色性更好更為穩定，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計方案。一般來說，當光源和攝像機都位于目標圖像一側的時候，采用全景光的照明方式，去表現目標物體的一些細節特征。而當光源和攝像機位于目標圖像兩側的時候，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 結語

機器視覺系統不僅大大拓展了人類視覺的認識范圍，當前更是成為工業生產中一種重要的非接觸檢測技術方式。隨著機器視覺技術的不斷進步，彩色視覺技術逐漸取代了灰色視覺技術，與灰色視覺測量技術的不同，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，彩色視覺系統比灰色視覺系統具有更高的抗干擾性、適應性和更高的分辨率。而在彩色視覺系統中，圖像的采集設備和照明技術都起到了非常關鍵的作用，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。