探析彩色视觉照明技术

熊恒

（汉口学院，湖北 武汉 430212）

探析彩色视觉照明技术

熊恒

（汉口学院，湖北 武汉 430212）

人类获取视觉信息的主要途径是眼睛，而由于人类生理的局限性，视力所及范围极为有限，为了弥补生理的局限，人类发明了机器视觉技术，从灰色视觉系统到彩色视觉系统，颜色信息的收集和处理变得尤为关键和重要。在彩色视觉系统中，摄像仪器设备和照明技术极为关键，针对不同的目标图像和不同的信息收集目的，需要选取不同的摄像仪器，制定有针对性的照明设计方案。

彩色视觉；摄像仪器；照明技术

视觉是人们获得外界信息的一个基本途径，而眼睛则是人类获取视觉信息的基本媒介，但是由于人类本身的视觉器官眼睛具有各种各样的极限，所以，在漫长的历史过程中，人类发明了各种各样的视觉机器和设备，去拓展人类的视觉认知范围，去增强人们认识世界、改造世界的能力。人类所发明的可以拓宽自身视觉器官的仪器，被称为机器视觉。从一定意义上讲，其基本原理在于通过图像摄取装置，将目标转换为图像信号传送给图像处理系统，来达到提取目标特征的目的，因此机器视觉可以代替人的眼睛去认识这个世界。目前机器视觉在世界范围内已经被广泛应用，比较典型的例子有pcb板的表面质量检测，以及LCD屏的质量检测技术等等。

在机器视觉的应用过程中，彩色视觉是一个非常关键的概念，它将颜色信息的收集和处理纳入之中，与人眼的视觉测量相比，彩色视觉的测量具有更高的分辨能力、抗干扰性和稳定性。随着当前工业技术的不断进步和集成电路处理能力的不断突破，应用于工业生产的彩色机器视觉对于颜色信息的要求也越来越高。因此彩色视觉技术应该朝着更高的分辨率和更清晰的成像度发展，以便能够更好地识别和处理目标物。

1 彩色视觉照明的硬件设备

对于彩色视觉系统来说，其硬件设备尤为重要，只有拥有良好的硬件设备，才能采集出一幅高质量的图像，尤其是能够正确有效地采集到被测目标的颜色信息。彩色视觉系统的主要组成部分有以下几个：光源、光学系统、摄像机、图像采集卡以及图像处理器等。其中，摄像机、光学系统和图像处理平台构成了彩色视觉系统的三大硬件设备。

（1）摄像机。作为彩色视觉系统的核心部件，摄像机对于彩色视觉系统具有重要性，从本质上看，摄像机的作用主要是通过光电效应将光信号转变为电信号，它的主要功能就是进行光电转换，进而能够以目标物将图像的方式进行存储。在图像采集的时候进行摄像机选择，既要考虑目标图像的特点，又要考虑摄像机的采集速度、分辨率、光学接口、照明方式、设备的体积等因素。

按照不同的分类标准，摄像机可以分为不同的类型。按照靶面类型的不同，可以将摄像机分为面阵相机和线阵相机；按照所采集图像的颜色不同，可以将摄像机分为彩色相机和黑白相机两种；按照摄像机的芯片处理技术不同，可以将摄像机分为CCD相机和CMOS相机。

（2）光学系统。在彩色视觉系统中由光学镜头和滤光器共同组成了其光学系统，其中光学镜头所起到的主要作用是把视觉的目标物聚集到摄像机的图像传感器光敏面之上。因此，光学镜头的质量好坏会直接影响目标物的成像质量和分辨率，进而影响到彩色视觉系统的整体性能。

滤光器有的时候也被叫做滤光片，在彩色视觉系统中，它的主要作用有三个：第一是光阻特性，即在图像信息的收集过程中，将可能影响到目标物成像质量的谱段能量进行过滤；第二是带通特性，在摄像的过程中，只允许目标物特定极性的光波通过摄像仪器进而成像；第三个功能是衰减特性，也就是在成像的时候，能够衰减目标物的光谱能量。

（3）图像处理平台。在彩色视觉系统中，选择图像处理平台的时候，要首先考虑到彩色视觉系统所需要的运载负荷能力。在工业生产过程中对彩色视觉的实际应用时，图像处理平台的运算速度主要是受图像处理算法类型和开发软件包效率的影响，一般来说，当视觉处理系统的运载负荷小于或者等

于100万pixels/second的时候，或者是属于对静态图像进行拍摄的非在线测量系统，PC的视觉处理系统更为适用，反之，则要采用更为复杂的专用图像处理平台对图像进行处理。

2 彩色视觉系统的照明技术

在彩色视觉系统中，图像的采集和处理有着极为重要的作用，而图像采集和处理所需要的信息一般都来自于所采集的图像目标之中，因此图像本身的质量会影响着整个彩色视觉系统的质量。而照明技术的好坏，则直接影响的彩色视觉系统所采集的图像目标。一般来说，良好的照明技术可以提高图像目标的亮度，照亮图像目标，使其整体特征更加明显地暴露在摄像机下，克服周围环境不良光的干扰，保证目标图像的稳定性和持久性，从而形成最为有利于图像处理的成像效果。

照明技术的好坏会决定彩色系视觉系统的成败，其中照明技术的对比度、亮度和鲁棒性是影响彩色视觉系统极为关键的因素。通过对彩色视觉系统照明技术的设计，使目标图像和其所在的背景得到有效分离，大大降低图像后续处理的难度，提高系统测量和定位的精准度，保证系统的可靠性和综合性。一般在彩色视觉系统中，所采用的照明技术多是led光源，也即发光二极管，它由PN结构组成，能够将电能转化为可见光。相比于其他的照明技术来说，led光源具有体积小、重量轻、便于携带的特点，其可使用的寿命长、半衰期久，在实际的系统操作过程中，led光源更是具有所需要的供电电压低，耗电量少的优点，驱动起来更为简单，也更为容易操控，其发光的亮度和效率都可以进行调整。除此之外，led光源具有单向导电性，因此会有较好的单色性，比其他的光源单色性更好更为稳定，可以得到目标物体不同光谱能量的光源。

针对不同的目标物体，在照明的时候有着不同的设计方案。一般来说，当光源和摄像机都位于目标图像一侧的时候，采用全景光的照明方式，去表现目标物体的一些细节特征。而当光源和摄像机位于目标图像两侧的时候，一般采用背景光的打光方式去检查目标图像的底片缺陷，并测量其整体的外部特征。当需要识别文字或者图片的形状，或者进行LCD面板检测的时候，一般采用高角度的照射方式，以突出目标图片的凸起部分，并在其凸起部分的周围形成阴影面积。而当需要读取刻印的文字，或者检查工件边缘轮廓的时候一般采用的照明方式为低角度照射，使光线在经过反射之后再进入摄像机，以突出目标物体边缘的轮廓。

3 结语

机器视觉系统不仅大大拓展了人类视觉的认识范围，当前更是成为工业生产中一种重要的非接触检测技术方式。随着机器视觉技术的不断进步，彩色视觉技术逐渐取代了灰色视觉技术，与灰色视觉测量技术的不同，彩色视觉在测量过程中加入了对目标物体颜色信息的收集和处理，因凸显了颜色在图像信息中的重要性，彩色视觉系统比灰色视觉系统具有更高的抗干扰性、适应性和更高的分辨率。而在彩色视觉系统中，图像的采集设备和照明技术都起到了非常关键的作用，针对不同的目标图片和检测目的，需要有针对性地选取不同的摄像仪器和照明设计方案。

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，湖北黄冈人，大学本科，主要研究方向：光电信息科学与工程。