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机器视觉光源颜色的选择

时间:2012-07-11来源:shixinhua.com 作者:shixinhua.com 点击: 999999次
        一般情况下,如果使用黑白相机,又对被测物体的颜色选择没有特殊的要求,红色是比较合适的选择。因为红色LED寿命长、稳定、价格低廉,更重要的是红色LED的波长更接近传感器的灵敏度峰值,而通常的CCD对紫色、蓝色的光敏感程度没有红光强。
        如果进行彩色成像,则通常考虑使用白色光源。白色LED光源的制造有几种方法,一种是使用白色LED制造,发光管内部有蓝色发光芯片与受到激发后发出黄色的荧光粉,发出的光按一定比例叠加到一起,看起来形成了白色,这是最为觉常见的形式。这种光源只能通过调节供电电压或电流来改变发光强度、颜色是恒定的。另一种方法是使用红绿蓝三种不同颜色的LED,按某种顺序或方式在光源上进行排列,并分别控制每种颜色的度,使用相对方便。此种方法通常使用四个单色RGGB颗粒进行排列,所以其中的绿色分量通常会比较足。我们通常所见的彩色显示器、彩色电视机、手机屏等显示设备,也是基于RGGB此种方式进行排列的。之所以多加一个绿色的G通量,是因为人眼对绿色光源(波长555nm)最敏感。
        机器视觉应用中注意目标颜色与光源颜色的搭配。我们看到某个物体成某种颜色,是因为其反射了对应的光谱。即如果目标是红色的,如果是白色的光照射或者是红色的光照射,都有红色的光返回,那么在黑白相机中将会是白色的,如果是蓝色的光来拍摄,则没有红色的光可以反射,那么其将会是黑色的。基于这样的理论,我们拍摄物体时,如果要将某种颜色打成白色,那么就得使用与此颜色相同或相似的光源(光的波长一样或接近),而如果要打成黑色,则需要选择与目标颜色波长差较大的光源。
图1 多色排线在彩色相机下的成像
图1 多色排线在彩色相机下的成像
        彩色图像中,除了黑色、灰色不明显,其它如白色、紫色、蓝色、绿色、黄色、橙色、红色、棕色都很明显,色彩饱满艳丽。
图2 多色排线在白色光源下的灰度成像
图2 多色排线在白色光源下的灰度成像
        多色排线在白色光源下的黑白相机大尺度成像,可以发现其中的白色、黄色、绿色、橙色较明亮,说明相机对这些波长比较敏感。
图3 多色排线在红色光源下的灰度成像
图3 多色排线在红色光源下的灰度成像
        在红光下成像时,白色、红、橙、黄几种颜色比较明显,其它的颜色都很暗。说明红光照射物体时,物体本身有红色分量时,才能反射红光,在黑白相机下表现为红色特征
图4 多色排线在绿色光源下的灰度成像
图4 多色排线在绿色光源下的灰度成像
        而在绿色光源下,则白色、绿色、黄色表现明亮,其它较暗淡。
图5 多色排线在蓝色光源下的灰度成像
图5 多色排线在蓝色光源下的灰度成像
        蓝色光源下,白色、紫色、蓝色等表现较亮,有效反射蓝光。从中也可以发现,白色,无论在什么光照下,都成成明显的白色,是因为其本身不吸收光谱,任何光谱照射到其表面上都会被反射;相反,黑色材料则无论什么光照射上去都不反光成黑色。
        另外,光的衍射中,衍射条纹的宽度与波长是成正比的,如单缝衍射中央明纹的半角宽度为sinθ=λ / a ,λ为波长,a为单缝宽度。而我们拍摄物体时,其表面通常都不是十分光滑,总是会产生衍射,所以,使用红光时,衍射会比使用蓝光时的衍射要强。因此通常用红光能得到更多的表面细节,而使用蓝光,会得到更大的对比度
        而在镜头的分辨率(能分别最小两点之间的距离)公式δ=0.61λ/NA,λ为波长,NA为数值孔径。从中可以知道,当NA固定时,使用不同波长颜色的光时,镜头的分辨率是不一样的。因此在使用光源时,同一支镜头在蓝色光照下的分辨率通常会高于红色光照条件。
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