光譜信息在機器視覺檢測中的應用

鄒波

摘 要 通過機器視覺檢測中的印刷品色差檢測，表述了光譜信息是如何影響機器視覺檢測的。

關鍵詞 色差檢測；COMS圖像傳感器；全光譜光學照明系統；PANTONE色卡

中圖分類號 TP2 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）12-0033-01

1 概述

機器視覺是計算機科學的一個分支，是用機器代替人眼做各種測量和判斷。一個典型的機器視覺系統包括圖像采集、圖像處理、運動控制部分等。圖像采集是其中的一個重要環節，它將被測物的可視化圖像和特征通過成像光學、CCD或者CMOS轉換為能被計算機處理的一系列數據。圖像采集部分由光學照明系統、被測物、成像鏡頭、CCD或者CMOS圖像傳感器構成。

采集過程如圖1所示，具體描述如下：由光學照明系統照明到被測物，根據被測物的表面特性將光能量反射或者透射，鏡頭采集反射或者透射后的光能量到達CCD或者CMOS圖像傳感器產生電平信號，再由FPGA芯片將電平信號編碼傳送到計算機的圖像采集卡，最后，再通過圖像采集卡傳達到內存經由CPU進行處理。

在機器視覺檢測系統中，光譜產生重大作用的應用有以下幾類：1）熒光激發（例如生物檢測、防偽檢測等應用）；2）對于光譜信息敏感特征的檢測（例如ITO的檢測）；3）印刷品的色差檢測（利用全光譜光學照明系統）。本文以印刷品的色差檢測為例，詳細闡述了光譜信息是如何影響機器視覺檢測的。

2 印刷品色差檢測流程

印刷品色差檢測流程如下：1）采用全光譜光學照明系統照射到待檢物體上；2）根據待檢物體的光譜反射特性，其中有一部分的光通過成像鏡頭傳輸到CCD或CMOS圖像傳感器中；3）CCD或者CMOS圖像傳感器將圖像信息傳輸到計算；4）計算機根據檢測要求判定待檢物體是否合格，并將待檢物體是否合格信息傳輸到執行機構；5）執行機構將合格品與不合格品區分開。

由于對于待檢測物體的顏色未知，所以在整個檢測過程中，對于光譜信息有要求的有以下幾個部分。

3 光學照明系統

只有光學照明系統發出了包含完整光譜信息的光波，待檢測測物體才能根據它本身的光譜折射、反射、吸收能力折射、反射、吸收光能量，成像鏡頭、CCD或者是CMOS傳感器才能采集到顏色信息。

圖2、圖3分別為采用常規光學照明系統拍攝PANTONE色卡的圖像與采用全光譜光學照明系統拍攝PANTONE色卡的圖像。

通過表1可以看出，在PANTONE色卡卡號為6676與7677的區分上，采用兩種不同光譜照明光學系統的灰度差值達到27.38（R）、18.31（G）、2.53（B），在圖像處理上，這種差異是很方便提高軟件判別精度的。

4 成像鏡頭的光譜信息傳遞真實性

色差（又稱為“色散現象”）是由于成像鏡頭沒有把不同波長的光線聚焦到同一個焦平面（不同波長的光線折射率不同），或者和鏡頭對于不同波長光線的放大程度不同而形成。色差的程度隨著鏡頭里玻璃的色散程度不同而有所差異。

具體色散在實際成像中的表現形式如圖5所示：

在印刷品色差檢測中，色散會使本身是綠色的圖像讓計算機識別為其他顏色的，讓計算機產生誤判。

5 結論

本文以印刷品色差檢測為例，從光學照明系統、成像鏡頭2個方面詳細闡述了光譜信息是如何影響機器視覺檢測的。

參考文獻

[1]CMOS圖像傳感器基本原理與應用簡介[EB/OL].[2013-04-10].http：//ic.big-bit.com/news/141443.html