一種工業(yè)彩色相機顏色響應(yīng)測試與校正裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機器視覺中工業(yè)相機性能檢測領(lǐng)域，特別涉及一種工業(yè)彩色相機顏色 響應(yīng)測試與校正裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 機器視覺系統(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)。機器視覺技術(shù)通過工業(yè)相機將被檢測目標轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號，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)基于算法抽取目標的特征，獲取被測目標的 形態(tài)信息，進而根據(jù)被測目標信息來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。工業(yè)相機是機器視覺系統(tǒng)中圖 像信息獲取的關(guān)鍵組件，相機的性能指標不僅直接決定所采集到的圖像分辨率、圖像質(zhì)量 等，同時也與整個系統(tǒng)的運行模式直接相關(guān)。
[0003]目前行業(yè)內(nèi)公認的關(guān)于相機靈敏度和成像質(zhì)量評測標準主要是歐洲機器視覺協(xié) 會EMVA1288規(guī)范，該規(guī)范針對CMOS和CCD圖像傳感器的電學(xué)和光學(xué)性能指標建立測試規(guī) 范標準，解決了不同公司的產(chǎn)品在規(guī)范統(tǒng)一測試條件下的性能橫向?qū)Ρ葐栴}。基于該規(guī)范， 比利時Aphesa公司、北京凌云光技術(shù)有限公司推出了符合EMVA1288規(guī)范的相機性能檢測 系統(tǒng)。
[0004] 在EMVA1288規(guī)范中，對圖像傳感器的光譜敏感性測試主要是從傳感器器件本身 全敏感波段的量子效率進行測試，與機器視覺技術(shù)中的工業(yè)相機的具體應(yīng)用沒有建立緊密 聯(lián)系。而在機器視覺應(yīng)用中，工業(yè)相機一個基本的要求是輸出數(shù)字圖像具有色彩真實性，相 機的顏色響應(yīng)性能直接影響系統(tǒng)應(yīng)用效果，比如：多相機對同一被測彩色目標成像后進行 圖像匹配，不同相機其顏色響應(yīng)特性的不一致會導(dǎo)致圖像匹配出現(xiàn)偏差；印染行業(yè)對同一 光照條件下同一檢測對象成像，不同相機輸出圖像色彩差異會引起檢測錯誤等。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，相機的顏色響應(yīng)的質(zhì)量很大程 度上影響到最終的實際應(yīng)用檢測效果，故對工業(yè)相機顏色響應(yīng)性能進行測試和對相機顏色 響應(yīng)誤差進行補償，可提高相機顏色識別精度，并可大大降低后端圖像運算的復(fù)雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明主要解決機器視覺技術(shù)中工業(yè)相機顏色響應(yīng)偏差校正問題，通過在相機前 端圖像傳感數(shù)據(jù)中嵌入相機顏色校正模塊，提高相機顏色識別精度，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)彩色相機顏色響應(yīng)測試與校正裝 置，整個裝置放置于暗室內(nèi)，包括計算機、LED驅(qū)動控制器、RGB三色LED陣列光源、積分球、 色度計、待測相機、數(shù)據(jù)傳輸電纜、數(shù)據(jù)采集卡；待測相機和積分球均放置在光學(xué)平臺上，待 測相機通過數(shù)據(jù)傳輸電纜與數(shù)據(jù)采集卡相連，計算機通過數(shù)據(jù)采集卡獲取圖像數(shù)據(jù)。積分 球的出光口垂直對準待測相機，使得光均勻地照射到待測相機傳感器上；積分球出光口到 相機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)大于相機傳感 器對角線長度。色度計與LED驅(qū)動控制器、RGB三色LED陣列光源、積分球構(gòu)成標準測試光 源色度閉環(huán)控制系統(tǒng)，色度計檢測測試顏色及亮度結(jié)果反饋給LED驅(qū)動控制器，控制RGB三 色LED陣列光源產(chǎn)生標準測試光，經(jīng)積分球均勻化后輸出。
[0007] 進一步，所述RGB三色LED陣列光源由R、G、B三種LED組成，空間交錯分布，光學(xué) 及電學(xué)性能參數(shù)一致。采用的LED驅(qū)動控制器，可對R、G、B三種LED進行獨立恒流控制，功 率連續(xù)可調(diào)。
[0008] 本發(fā)明還提供了一種工業(yè)彩色相機顏色響應(yīng)測試與校正方法，包括以下步驟： 步驟1 )，通過色度計測量結(jié)果反饋調(diào)節(jié)RGB三色LED陣列光源，使其輸出色度為標準白 光（R :G :B=1 :1 :1)，采集多幅圖像數(shù)據(jù)，分別計算被測相機像素輸出均值，以被測相機傳感 器RGB三種像素輸出中的任一像素輸出為基準，調(diào)節(jié)該標準測試白光強度，使其強度為待 測相機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，建立待測相機響應(yīng)系數(shù)校正表，保證在標準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，通過色度計測量結(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種標準顏色光，在相應(yīng)的光照條件下進行多幅圖像采集并分別 計算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，與被測相機在不同標準測試顏色 下的RGB像素響應(yīng)均值，對被測相機分別對R、G、B三種顏色響應(yīng)進行最小二乘擬合，建立被 測相機顏色校正模型，使得相機輸出顏色與標準顏色匹配，并將此模型輸入相機顏色校正 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、積分球與色度計構(gòu)建標準測試條件，對被測工業(yè)彩色 相機進行測試，構(gòu)建被測工業(yè)彩色相機的顏色校正模型，提高被測相機顏色識別精度，并降 低后繼系統(tǒng)圖像處理的壓力，保證被測相機輸出顏色信號一致性。該方法具有效率高而且 校正精準的特點。
[0010] 利用LED驅(qū)動控制器對RGB三色LED陣列光源輸出光進行連續(xù)調(diào)節(jié)，通過積分球， 獲得均勻的標準檢測光，可方便實現(xiàn)對相機顏色響應(yīng)性能測試，并且進行顏色響應(yīng)校正，使 相機的顏色響應(yīng)一致。
[0011] 與歐洲機器視覺協(xié)會EMVA1288規(guī)范單純在特定光強的條件下測試圖像傳感器在 有效光譜范圍的響應(yīng)相比，該系統(tǒng)從工業(yè)相機工程實際應(yīng)用的角度建立被測工業(yè)彩色相機 顏色校正模型，實現(xiàn)對被測工業(yè)相機進行顏色響應(yīng)校正。
【附圖說明】
[0012] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0013] 圖1為本發(fā)明工業(yè)彩色相機顏色響應(yīng)測試、校正裝置示意圖。
[0014] 圖2為本發(fā)明工業(yè)彩色相機顏色響應(yīng)測試、校正方法步驟示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 如圖1所示，本發(fā)明的一種工業(yè)彩色相機顏色響應(yīng)測試與校正裝置，整個裝置放 置于暗室內(nèi)，包括計算機2、LED驅(qū)動控制器3、RGB三色LED陣列光源4、積分球5、色度計 6、待測相機7、數(shù)據(jù)傳輸電纜8、數(shù)據(jù)采集卡9 ;待測相機7和積分球5均放置在光學(xué)平臺1 上，待測相機7通過數(shù)據(jù)傳輸電纜8與數(shù)據(jù)采集卡9相連，計算機2通過數(shù)據(jù)采集卡9獲取 圖像數(shù)據(jù)。積分球5的出光口垂直對準待測相機7,使得光均勻地照射到待測相機7的傳感 器上；積分球5出光口到待測相機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)大于待測相機7的傳感器對角線長度。色度計6與LED驅(qū)動控制器 3、RGB三色LED陣列光源4、積分球5構(gòu)成標準測試光源色度閉環(huán)控制系統(tǒng)，色度計6檢測 測試顏色及亮度結(jié)果反饋給LED驅(qū)動控制器3, LED驅(qū)動控制器3控制RGB三色