光谱信息在机器视觉检测中的应用

邹波

摘 要 通过机器视觉检测中的印刷品色差检测，表述了光谱信息是如何影响机器视觉检测的。

关键词 色差检测；COMS图像传感器；全光谱光学照明系统；PANTONE色卡

中图分类号 TP2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）12-0033-01

1 概述

机器视觉是计算机科学的一个分支，是用机器代替人眼做各种测量和判断。一个典型的机器视觉系统包括图像采集、图像处理、运动控制部分等。图像采集是其中的一个重要环节，它将被测物的可视化图像和特征通过成像光学、CCD或者CMOS转换为能被计算机处理的一系列数据。图像采集部分由光学照明系统、被测物、成像镜头、CCD或者CMOS图像传感器构成。

采集过程如图1所示，具体描述如下：由光学照明系统照明到被测物，根据被测物的表面特性将光能量反射或者透射，镜头采集反射或者透射后的光能量到达CCD或者CMOS图像传感器产生电平信号，再由FPGA芯片将电平信号编码传送到计算机的图像采集卡，最后，再通过图像采集卡传达到内存经由CPU进行处理。

在机器视觉检测系统中，光谱产生重大作用的应用有以下几类：1）荧光激发（例如生物检测、防伪检测等应用）；2）对于光谱信息敏感特征的检测（例如ITO的检测）；3）印刷品的色差检测（利用全光谱光学照明系统）。本文以印刷品的色差检测为例，详细阐述了光谱信息是如何影响机器视觉检测的。

2 印刷品色差检测流程

印刷品色差检测流程如下：1）采用全光谱光学照明系统照射到待检物体上；2）根据待检物体的光谱反射特性，其中有一部分的光通过成像镜头传输到CCD或CMOS图像传感器中；3）CCD或者CMOS图像传感器将图像信息传输到计算；4）计算机根据检测要求判定待检物体是否合格，并将待检物体是否合格信息传输到执行机构；5）执行机构将合格品与不合格品区分开。

由于对于待检测物体的颜色未知，所以在整个检测过程中，对于光谱信息有要求的有以下几个部分。

3 光学照明系统

只有光学照明系统发出了包含完整光谱信息的光波，待检测测物体才能根据它本身的光谱折射、反射、吸收能力折射、反射、吸收光能量，成像镜头、CCD或者是CMOS传感器才能采集到颜色信息。

图2、图3分别为采用常规光学照明系统拍摄PANTONE色卡的图像与采用全光谱光学照明系统拍摄PANTONE色卡的图像。

通过表1可以看出，在PANTONE色卡卡号为6676与7677的区分上，采用两种不同光谱照明光学系统的灰度差值达到27.38（R）、18.31（G）、2.53（B），在图像处理上，这种差异是很方便提高软件判别精度的。

4 成像镜头的光谱信息传递真实性

色差（又称为“色散现象”）是由于成像镜头没有把不同波长的光线聚焦到同一个焦平面（不同波长的光线折射率不同），或者和镜头对于不同波长光线的放大程度不同而形成。色差的程度随着镜头里玻璃的色散程度不同而有所差异。

具体色散在实际成像中的表现形式如图5所示：

在印刷品色差检测中，色散会使本身是绿色的图像让计算机识别为其他颜色的，让计算机产生誤判。

5 结论

本文以印刷品色差检测为例，从光学照明系统、成像镜头2个方面详细阐述了光谱信息是如何影响机器视觉检测的。

参考文献

[1]CMOS图像传感器基本原理与应用简介[EB/OL].[2013-04-10].http：//ic.big-bit.com/news/141443.html