一種工業(yè)彩色相機(jī)顏色響應(yīng)測(cè)試與校正裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)器視覺中工業(yè)相機(jī)性能檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種工業(yè)彩色相機(jī)顏色 響應(yīng)測(cè)試與校正裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)器視覺系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、軍事、航天、氣象、天文、公安、交通、安 全、科研等行業(yè)。機(jī)器視覺技術(shù)通過工業(yè)相機(jī)將被檢測(cè)目標(biāo)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)，根據(jù)圖像 像素分布和亮度、顏色等信息由圖像處理系統(tǒng)基于算法抽取目標(biāo)的特征，獲取被測(cè)目標(biāo)的 形態(tài)信息，進(jìn)而根據(jù)被測(cè)目標(biāo)信息來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。工業(yè)相機(jī)是機(jī)器視覺系統(tǒng)中圖 像信息獲取的關(guān)鍵組件，相機(jī)的性能指標(biāo)不僅直接決定所采集到的圖像分辨率、圖像質(zhì)量 等，同時(shí)也與整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行模式直接相關(guān)。
[0003]目前行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的關(guān)于相機(jī)靈敏度和成像質(zhì)量評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)主要是歐洲機(jī)器視覺協(xié) 會(huì)EMVA1288規(guī)范，該規(guī)范針對(duì)CMOS和CCD圖像傳感器的電學(xué)和光學(xué)性能指標(biāo)建立測(cè)試規(guī) 范標(biāo)準(zhǔn)，解決了不同公司的產(chǎn)品在規(guī)范統(tǒng)一測(cè)試條件下的性能橫向?qū)Ρ葐栴}?；谠撘?guī)范， 比利時(shí)Aphesa公司、北京凌云光技術(shù)有限公司推出了符合EMVA1288規(guī)范的相機(jī)性能檢測(cè) 系統(tǒng)。
[0004] 在EMVA1288規(guī)范中，對(duì)圖像傳感器的光譜敏感性測(cè)試主要是從傳感器器件本身 全敏感波段的量子效率進(jìn)行測(cè)試，與機(jī)器視覺技術(shù)中的工業(yè)相機(jī)的具體應(yīng)用沒有建立緊密 聯(lián)系。而在機(jī)器視覺應(yīng)用中，工業(yè)相機(jī)一個(gè)基本的要求是輸出數(shù)字圖像具有色彩真實(shí)性，相 機(jī)的顏色響應(yīng)性能直接影響系統(tǒng)應(yīng)用效果，比如：多相機(jī)對(duì)同一被測(cè)彩色目標(biāo)成像后進(jìn)行 圖像匹配，不同相機(jī)其顏色響應(yīng)特性的不一致會(huì)導(dǎo)致圖像匹配出現(xiàn)偏差；印染行業(yè)對(duì)同一 光照條件下同一檢測(cè)對(duì)象成像，不同相機(jī)輸出圖像色彩差異會(huì)引起檢測(cè)錯(cuò)誤等。具體工業(yè) 應(yīng)用往往更關(guān)心與系統(tǒng)輸出直接相關(guān)的色彩、亮度等信息，相機(jī)的顏色響應(yīng)的質(zhì)量很大程 度上影響到最終的實(shí)際應(yīng)用檢測(cè)效果，故對(duì)工業(yè)相機(jī)顏色響應(yīng)性能進(jìn)行測(cè)試和對(duì)相機(jī)顏色 響應(yīng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，可提高相機(jī)顏色識(shí)別精度，并可大大降低后端圖像運(yùn)算的復(fù)雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明主要解決機(jī)器視覺技術(shù)中工業(yè)相機(jī)顏色響應(yīng)偏差校正問題，通過在相機(jī)前 端圖像傳感數(shù)據(jù)中嵌入相機(jī)顏色校正模塊，提高相機(jī)顏色識(shí)別精度，并降低后繼系統(tǒng)圖像 處理的復(fù)雜度。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種工業(yè)彩色相機(jī)顏色響應(yīng)測(cè)試與校正裝 置，整個(gè)裝置放置于暗室內(nèi)，包括計(jì)算機(jī)、LED驅(qū)動(dòng)控制器、RGB三色LED陣列光源、積分球、 色度計(jì)、待測(cè)相機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸電纜、數(shù)據(jù)采集卡；待測(cè)相機(jī)和積分球均放置在光學(xué)平臺(tái)上，待 測(cè)相機(jī)通過數(shù)據(jù)傳輸電纜與數(shù)據(jù)采集卡相連，計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)采集卡獲取圖像數(shù)據(jù)。積分 球的出光口垂直對(duì)準(zhǔn)待測(cè)相機(jī)，使得光均勻地照射到待測(cè)相機(jī)傳感器上；積分球出光口到 相機(jī)傳感器的距離不小于積分球出光口直徑的8倍，且積分球出光口直徑應(yīng)大于相機(jī)傳感 器對(duì)角線長(zhǎng)度。色度計(jì)與LED驅(qū)動(dòng)控制器、RGB三色LED陣列光源、積分球構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試光 源色度閉環(huán)控制系統(tǒng)，色度計(jì)檢測(cè)測(cè)試顏色及亮度結(jié)果反饋給LED驅(qū)動(dòng)控制器，控制RGB三 色LED陣列光源產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試光，經(jīng)積分球均勻化后輸出。
[0007] 進(jìn)一步，所述RGB三色LED陣列光源由R、G、B三種LED組成，空間交錯(cuò)分布，光學(xué) 及電學(xué)性能參數(shù)一致。采用的LED驅(qū)動(dòng)控制器，可對(duì)R、G、B三種LED進(jìn)行獨(dú)立恒流控制，功 率連續(xù)可調(diào)。
[0008] 本發(fā)明還提供了一種工業(yè)彩色相機(jī)顏色響應(yīng)測(cè)試與校正方法，包括以下步驟： 步驟1 )，通過色度計(jì)測(cè)量結(jié)果反饋調(diào)節(jié)RGB三色LED陣列光源，使其輸出色度為標(biāo)準(zhǔn)白 光（R :G :B=1 :1 :1)，采集多幅圖像數(shù)據(jù)，分別計(jì)算被測(cè)相機(jī)像素輸出均值，以被測(cè)相機(jī)傳感 器RGB三種像素輸出中的任一像素輸出為基準(zhǔn)，調(diào)節(jié)該標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試白光強(qiáng)度，使其強(qiáng)度為待 測(cè)相機(jī)傳感器選定的一種顏色像素處于最佳敏感區(qū)（一般為飽和值的40%-90%)，依此選定 像素輸出為基準(zhǔn)，建立待測(cè)相機(jī)響應(yīng)系數(shù)校正表，保證在標(biāo)準(zhǔn)白光照射條件下所有RGB像 素輸出均值一致； 步驟2)，在步驟（1)的校正基礎(chǔ)上，通過色度計(jì)測(cè)量結(jié)果反饋調(diào)節(jié)RGB三色LED陣列光 源，使其輸出色度為其他7種標(biāo)準(zhǔn)顏色光，在相應(yīng)的光照條件下進(jìn)行多幅圖像采集并分別 計(jì)算R、G、B不同像素各自的響應(yīng)均值； 步驟3)，根據(jù)光源輸出不同光照條件的RGB像素值，與被測(cè)相機(jī)在不同標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試顏色 下的RGB像素響應(yīng)均值，對(duì)被測(cè)相機(jī)分別對(duì)R、G、B三種顏色響應(yīng)進(jìn)行最小二乘擬合，建立被 測(cè)相機(jī)顏色校正模型，使得相機(jī)輸出顏色與標(biāo)準(zhǔn)顏色匹配，并將此模型輸入相機(jī)顏色校正 模塊，完成校正。
[0009] 本發(fā)明的有益效果如下： 通過控制RGB三色LED陣列光源、積分球與色度計(jì)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件，對(duì)被測(cè)工業(yè)彩色 相機(jī)進(jìn)行測(cè)試，構(gòu)建被測(cè)工業(yè)彩色相機(jī)的顏色校正模型，提高被測(cè)相機(jī)顏色識(shí)別精度，并降 低后繼系統(tǒng)圖像處理的壓力，保證被測(cè)相機(jī)輸出顏色信號(hào)一致性。該方法具有效率高而且 校正精準(zhǔn)的特點(diǎn)。
[0010] 利用LED驅(qū)動(dòng)控制器對(duì)RGB三色LED陣列光源輸出光進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，通過積分球， 獲得均勻的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)光，可方便實(shí)現(xiàn)對(duì)相機(jī)顏色響應(yīng)性能測(cè)試，并且進(jìn)行顏色響應(yīng)校正，使 相機(jī)的顏色響應(yīng)一致。
[0011] 與歐洲機(jī)器視覺協(xié)會(huì)EMVA1288規(guī)范單純?cè)谔囟ü鈴?qiáng)的條件下測(cè)試圖像傳感器在 有效光譜范圍的響應(yīng)相比，該系統(tǒng)從工業(yè)相機(jī)工程實(shí)際應(yīng)用的角度建立被測(cè)工業(yè)彩色相機(jī) 顏色校正模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)工業(yè)相機(jī)進(jìn)行顏色響應(yīng)校正。
【附圖說明】
[0012] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0013] 圖1為本發(fā)明工業(yè)彩色相機(jī)顏色響應(yīng)測(cè)試、校正裝置示意圖。
[0014] 圖2為本發(fā)明工業(yè)彩色相機(jī)顏色響應(yīng)測(cè)試、校正方法步驟示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 如圖1所示，本發(fā)明的一種工業(yè)彩色相機(jī)顏色響應(yīng)測(cè)試與校正裝置，整個(gè)裝置放 置于暗室內(nèi)，包括計(jì)算機(jī)2、LED驅(qū)動(dòng)控制器3、RGB三色LED陣列光源4、積分球5、色度計(jì) 6、待測(cè)相機(jī)7、數(shù)據(jù)傳輸電纜8、數(shù)據(jù)采集卡9 ;待測(cè)相機(jī)7和積分球5均放置在光學(xué)平臺(tái)1 上，待測(cè)相機(jī)7通過數(shù)據(jù)傳輸電纜8與數(shù)據(jù)采集卡9相連，計(jì)算機(jī)2通過數(shù)據(jù)采集卡9獲取 圖像數(shù)據(jù)。積分球5的出光口垂直對(duì)準(zhǔn)待測(cè)相機(jī)7,使得光均勻地照射到待測(cè)相機(jī)7的傳感 器上；積分球5出光口到待測(cè)相機(jī)7的傳感器的距離不小于積分球5出光口直徑的8倍，且 積分球5出光口直徑應(yīng)大于待測(cè)相機(jī)7的傳感器對(duì)角線長(zhǎng)度。色度計(jì)6與LED驅(qū)動(dòng)控制器 3、RGB三色LED陣列光源4、積分球5構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試光源色度閉環(huán)控制系統(tǒng)，色度計(jì)6檢測(cè) 測(cè)試顏色及亮度結(jié)果反饋給LED驅(qū)動(dòng)控制器3, LED驅(qū)動(dòng)控制器3控制RGB三色