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作者簡(jiǎn)介：Marc Damhaut現(xiàn)任比利時(shí)廠商Euresys資深營(yíng)銷副總，同時(shí)擔(dān)任Euresys亞太區(qū)總部最高主管。
1 前言
機(jī)器視覺已在全世界范圍內(nèi)廣泛運(yùn)用于半導(dǎo)體、電子業(yè)、汽車、食品、醫(yī)藥、紡織、交通等各種產(chǎn)業(yè)。在中國(guó)，隨著配套基礎(chǔ)建設(shè)的完善，技術(shù)、資金的積累，各行各業(yè)對(duì)采用圖像和機(jī)器視覺技術(shù)的工業(yè)自動(dòng)化、智能化需求廣泛出現(xiàn)，逐步開始了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用，比如，制藥行業(yè)的藥品檢測(cè)分裝、印刷業(yè)的印刷色彩檢測(cè)、PCB板的表面質(zhì)量檢測(cè)、LCD屏的質(zhì)量檢測(cè)等等。可以說機(jī)器視覺已經(jīng)深入到我們的生活、生產(chǎn)和工作的方方面面。然而，隨著應(yīng)用的越來越廣泛，灰度圖像的采集已經(jīng)不能完全滿足應(yīng)用的需要，彩色圖像采集技術(shù)顯得尤為迫切與重要。目前彩色圖像采集應(yīng)用已經(jīng)成功地被引入到新一代的LCD顯示器產(chǎn)業(yè)和PCB檢測(cè)產(chǎn)業(yè)中。那么，如何實(shí)現(xiàn)從灰度圖像檢測(cè)到彩色圖像檢測(cè)的跨越呢？
2 彩色圖像組件的分類
一般常見的彩色圖像三原色RGB（紅、綠、藍(lán)）適用于色彩重現(xiàn)，常用于顯示器與相機(jī)上，而以“飽和度／彩度／色相”為標(biāo)準(zhǔn)的色彩系統(tǒng)是用于機(jī)器視覺應(yīng)用中。因此，彩色圖像處理分析軟件，必須能夠從描述色彩的彩色組件（彩度與色相）中區(qū)分出無色（灰度或黑色及白色）組件（飽和度），以更直覺而完整地解釋色彩，這對(duì)于檢測(cè)與分割色彩對(duì)象并且去除光線效果十分有效。顯示出色相組件（HIS色彩空間中的H組件）并不會(huì)改變對(duì)象著色、陰影與明亮強(qiáng)度，同樣地，此色相組件在內(nèi)在色彩或物理對(duì)象方面有其差異性。
因此，在進(jìn)行彩色圖像處理或分析時(shí)，需要先將RGB圖像轉(zhuǎn)換為另一個(gè)色彩空間，諸如LSH、ISH或YSH。
3 彩色圖像的轉(zhuǎn)換
轉(zhuǎn)換色彩是一件極為耗時(shí)的工作，為了解決這項(xiàng)難題，彩色圖像分析軟件采用高分辨率色彩查詢表機(jī)制；查詢表是一組數(shù)值數(shù)組，包含了輸入輸出之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。只要預(yù)先計(jì)算查詢表，就能檢查套用轉(zhuǎn)換至每個(gè)圖像上的情況。
圖1 Open eVision Studio中EasyColor顯微鏡檢查應(yīng)用內(nèi)容范例的畫面截圖
圖1 Open eVision Studio中EasyColor顯微鏡檢查應(yīng)用內(nèi)容范例的畫面截圖
查詢表的運(yùn)算值可用于將圖像從一個(gè)色彩系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為另一個(gè)色彩系統(tǒng)，此外，也能進(jìn)行設(shè)定以套用使用者定義的轉(zhuǎn)換內(nèi)容，例如Gamma補(bǔ)償與色彩平衡校正。另外，部分操作會(huì)“對(duì)照”查詢查詢表的內(nèi)容，避免儲(chǔ)存已轉(zhuǎn)換圖像的需求。例如，在圖像仍是以RGB格式進(jìn)行儲(chǔ)存的情況下，可以變更圖像ISH色彩空間的H組件。
4 彩色圖像的色彩分割
一般除了傳統(tǒng)的彩色圖像處理功能，例如Bayer制式至色彩空間轉(zhuǎn)換或色彩平衡校正外，彩色圖像分析軟件也可提供強(qiáng)大的色彩分析功能，讓使用者能分類色彩對(duì)象和檢測(cè)瑕疵。
“閾值”是進(jìn)行分割的基本機(jī)制，可根據(jù)對(duì)比從圖像背景中區(qū)分出對(duì)象。在彩色圖像的部分，還可自由指定特定對(duì)象的數(shù)值范圍，使用者可選擇每個(gè)組件的數(shù)值范圍，例如僅根據(jù)色相選擇“橄欖綠”像素，加上對(duì)飽和度及彩度寬松的辨識(shí)力，以消除表面的光線效果。
圖2 Open eVision Studio中EasyColor食品檢查應(yīng)用內(nèi)容范例的畫面截圖
另一項(xiàng)區(qū)分場(chǎng)景中不同對(duì)象的更有效方法，就是考慮一組特定顏色，并指定每個(gè)最接近這些顏色的像素。彩色圖像分割功能讓您可以指定每個(gè)像素的“層級(jí)”（整數(shù)指數(shù)值），以分解不同區(qū)域里的彩色圖像。
5 彩色圖像處理組件庫的應(yīng)用擴(kuò)展
上述的EasyColor彩色圖像處理功能通常會(huì)與其它圖像處理組件庫共同使用，例如彩色圖像閾值技術(shù)可搭配EasyOCR、EasyMatrixCode或EasyBarCode組件庫，以分別讀取彩色印刷或是彩色對(duì)象上的字符、2D Matrix Codes或條形碼。而彩色圖像分割技術(shù)可搭配Open eVision的EasyObject組件庫，以對(duì)分割區(qū)域進(jìn)行斑點(diǎn)分析（Blob analysis）。此外，彩色圖像處理亦可整合至Open eVision其它的軟件模塊中，如Open eVision專門用于灰度匹配的組件庫EasyMatch。
6 彩色圖像的其它轉(zhuǎn)換功能
彩色圖像的其他轉(zhuǎn)換功能往往還包含了色彩平衡（又稱白平衡），色彩平衡會(huì)全域調(diào)整色彩的強(qiáng)度（一般為紅、綠、藍(lán)三原色），而調(diào)整的主要目標(biāo)是為正確呈現(xiàn)特殊色彩—特別是中性色。在機(jī)器視覺應(yīng)用中，色彩不平衡的情況主要是源自于使用的光線類型，也有可能是圖像采集裝置校正錯(cuò)誤的緣故。
同時(shí)最佳的Bayer制式至RGB轉(zhuǎn)換功能、假色處理（Pseudo coloring）功能（強(qiáng)化呈現(xiàn)灰度圖像的效果）及組件擴(kuò)充功能也是彩色圖像處理所需的轉(zhuǎn)換功能。
7 未來發(fā)展
彩色圖像處理的最常應(yīng)用于以下的產(chǎn)業(yè)，包括：食品加工業(yè)的蔬果或包裝食品檢測(cè)、制藥業(yè)的藥品檢測(cè)、FPD檢測(cè)（平面顯示器）、電子業(yè)的PCB檢測(cè)（印刷電路板），以及印刷業(yè)的印刷品檢測(cè)。
目前最新的彩色圖像采集應(yīng)用的市場(chǎng)趨勢(shì)為通過硬件方式實(shí)行色彩轉(zhuǎn)換。例如Euresys的Grablink Quickpack ColorScan兼容于Camera Link線掃描相機(jī)，使用主板上的FPGA，針對(duì)彩色掃描應(yīng)用提供加速圖像預(yù)處理的功能。這些功能包括：掃描延遲補(bǔ)償（通過多次采集RGB圖像，根據(jù)物體移動(dòng)的速度，重建真實(shí)的RGB圖像，從而消除色彩錯(cuò)位的問題）、光場(chǎng)不均勻校正（補(bǔ)償圖像中光照不均勻之處）、查詢表與白平衡校正，進(jìn)而大幅簡(jiǎn)化及加速彩色文件掃描或PCB檢測(cè)。又如全新的Grablink Quickpack CFA兼容于Camera Link Bayer制式及RGB制式的面掃描相機(jī)。該卡具有Bayer制式解碼、白平衡、亮度提取器、四個(gè)LUT運(yùn)算的預(yù)處理功能。
——轉(zhuǎn)自《自動(dòng)化博覽》
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