一種工業彩色相機顏色響應測試與校正裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及機器視覺中工業相機性能檢測領域，特別涉及一種工業彩色相機 顏色響應測試與校正裝置。
【背景技術】
[0002] 機器視覺系統廣泛應用于工業、農業、醫藥、軍事、航天、氣象、天文、公安、交通、安 全、科研等行業。機器視覺技術通過工業相機將被檢測目標轉換成數字圖像信號，根據圖像 像素分布和亮度、顏色等信息由圖像處理系統基于算法抽取目標的特征，獲取被測目標的 形態信息，進而根據被測目標信息來控制現場的設備動作。工業相機是機器視覺系統中圖 像信息獲取的關鍵組件，相機的性能指標不僅直接決定所采集到的圖像分辨率、圖像質量 等，同時也與整個系統的運行模式直接相關。
[0003] 目前行業內公認的關于相機靈敏度和成像質量評測標準主要是歐洲機器視覺協 會EMVA1288規范，該規范針對CMOS和CCD圖像傳感器的電學和光學性能指標建立測試規 范標準，解決了不同公司的產品在規范統一測試條件下的性能橫向對比問題。基于該規范， 比利時Aphesa公司、北京凌云光技術有限公司推出了符合EMVA1288規范的相機性能檢測 系統。
[0004] 在EMVA1288規范中，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，與機器視覺技術中的工業相機的具體應用沒有建立緊密 聯系。而在機器視覺應用中，工業相機一個基本的要求是輸出數字圖像具有色彩真實性，相 機的顏色響應性能直接影響系統應用效果，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特性的不一致會導致圖像匹配出現偏差；印染行業對同一 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 應用往往更關心與系統輸出直接相關的色彩、亮度等信息，相機的顏色響應的質量很大程 度上影響到最終的實際應用檢測效果，故對工業相機顏色響應性能進行測試和對相機顏色 響應誤差進行補償，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雜度。 【實用新型內容】
[0005] 本實用新型主要解決機器視覺技術中工業相機顏色響應偏差校正問題，通過在相 機前端圖像傳感數據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 圖像處理的復雜度。
[0006] 為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種工業彩色相機顏色響應測試與校 正裝置，整個裝置放置于暗室內，包括計算機、LED驅動控制器、RGB三色LED陣列光源、積 分球、色度計、待測相機、數據傳輸電纜、數據采集卡；待測相機和積分球均放置在光學平臺 上，待測相機通過數據傳輸電纜與數據采集卡相連，計算機通過數據采集卡獲取圖像數據。 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大于相機 傳感器對角線長度。色度計與LED驅動控制器、RGB三色LED陣列光源、積分球構成標準測 試光源色度閉環控制系統，色度計檢測測試顏色及亮度結果反饋給LED驅動控制器，控制 RGB三色LED陣列光源產生標準測試光，經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 及電學性能參數一致。采用的LED驅動控制器，可對R、G、B三種LED進行獨立恒流控制，功 率連續可調。
[0008] 本實用新型的有益效果如下：
[0009] 通過控制RGB三色LED陣列光源、積分球與色度計構建標準測試條件，對被測工業 彩色相機進行測試，構建被測工業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驅動控制器對RGB三色LED陣列光源輸出光進行連續調節，通過積分球， 獲得均勻的標準檢測光，可方便實現對相機顏色響應性能測試，并且進行顏色響應校正，使 相機的顏色響應一致。
[0011] 與歐洲機器視覺協會EMVA1288規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相比，該系統從工業相機工程實際應用的角度建立被測工業彩色相機 顏色校正模型，實現對被測工業相機進行顏色響應校正。
【附圖說明】
[0012] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0013] 圖1為本實用新型工業彩色相機顏色響應測試、校正裝置示意圖；
[0014] 圖2為本實用新型工業彩色相機顏色響應測試、校正方法步驟示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 如圖1所示，本實用新型的一種工業彩色相機顏色響應測試與校正裝置，整個裝 置放置于暗室內，包括計算機2、LED驅動控制器3、RGB三色LED陣列光源4、積分球5、色度 計6、待測相機7、數據傳輸電纜8、數據采集卡9 ;待測相機7和積分球5均放置在光學平臺 1上，待測相機7通過數據傳輸電纜8與數據采集卡9相連，計算機2通過數據采集卡9獲 取圖像數據。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出光口直徑應大于待測相機7的傳感器對角線長度。色度計6與LED驅動控制 器3、RGB三色LED陣列光源4、積分球5構成標準測試光源色度閉環控制系統，色度計6檢 測測試顏色及亮度結果反饋給LED驅動控制器3, LED驅動控制器3控制RGB三色LED陣列 光源4產生標準測試光，經積分球均勾化后輸出。
[0016] 其中RGB三色LED陣列光源4由RGB三種LED組成，空間交錯分布，光學及電學性 能參數一致。采用的LED驅動控制器3,可對RGB三種LED進行獨立恒流控制，功率連續可 調。
[0017] 標準測試光源色度閉環控制系統保證積分球輸出標準顏色，輸出顏色色度與光強 可調。
[0018] 本實用新型使用多種標準色對相機進行校正，使相機顏色響應精準。校正過程中 使用的標準顏色為8種標準顏色，如下表1所示：
[0019] 表1:標準顏色列表
[0021] 如圖2所示，本實用新型的工業彩色相機顏色響應校正步驟如下：
[0022] 步驟1)，采用標準測試光源色度閉環控制系統，通過色度計測量結果反饋調節 RGB三色LED陣列光源，使光源輸出色度為標準白光，即，R :G:B=1 :1 :1。計算像素響應均 值獲得校正系數，使相機RGB三色在標準白光測試條件下響應一致。計算步驟如下：
[0023] 在標準白光照條件下采集多幅圖像數據，計算相機輸出的響應均值；同時使得相 機輸出的G像素統計均值為其飽和值的3/4,在該標準白光光照條件下，采集多幅圖像，進 行均值運算。
[0025] 其中Il為圖像采集的幅數，為像素點的響應均值(如果待測相機為彩色 工業線掃描相機，則Hfi為為第I幅圖像像素點的響應值。
[0026] 根據上述均值運算結果，得到相機響應系數校正表：
[0028] 其中CE為G像素響應飽和值，為像素點觀_§的校正系數表。
[0029] 步驟2)，根據色度計輸出結果反饋，通過LED驅動控制器調節RGB三色LED陣列光 源，使其輸出表1中的7種標準顏色光。在相應的光照條件下進行圖像采集，依據相機響應 系數校正表，得到相機在對應標準顏色光照條件下的響應結果：
[0031] 分別對R像素、G像素和B像素的進行統計，得到此標準光照條件下所有R、G、 B像素各自的響應均值：
CN 204831751 U 說明書 4/4 頁
[0035] 其中1%為所有R像素的個數，_2:為所有G像素的個數，纖s為所有B像素的個數，
為對應標準顏色光照下的第女個R像素響應值，
對應標準顏色光照下
的第個G像素響應值，
；對應標準顏色光照下的第_個B像素響應值； 分別為此標準顏色光照下的所有R像素、G像素、B像素的響應均值。
[0036] 按照此步驟得到全部標準顏色下的R、G、B像素響應均值，對應為， 其中|:為標準顏色標號，? …7。
[0037] 步驟3)，對得到的不同標準顏色下的R、G、B像素響應均值進行校正模型計算：
[0041]其中_、_丨、藝I分別為光源輸出的R、G、B像素值，H1分別為不同標 準測試顏色下的R、G、B像素響應均值，_為R、G、B顏色校正模型，采用最小二乘擬合麵參 數使得誤差D取最小值。根據擬合參數建立相機顏色校正模型觀，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。
[0042] 以上所述的本實用新型實施方式，并不構成對本實用新型保護范圍的限定。任何 在本實用新型的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型 的權利要求保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種工業彩色相機顏色響應測試與校正裝置，其特征在于，整個裝置放置于暗室內， 包括計算機、LED驅動控制器、RGB三色LED陣列RGB三色LED陣列光源、積分球、色度計、待 測相機、數據傳輸電纜、數據采集卡；待測相機和積分球均放置在光學平臺上，待測相機通 過數據傳輸電纜與數據采集卡相連，計算機通過數據采集卡獲取圖像數據；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的傳感器上；，積分球出光口到待測 相機的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大于待測相 機的傳感器對角線長度；色度計與LED驅動控制器、RGB三色LED陣列RGB三色LED陣列 光源、積分球組成標準測試光源色度閉環控制系統，色度計檢測不同標準測試光顏色及亮 度結果反饋給LED驅動控制器，控制RGB三色LED陣列RGB三色LED陣列光源產生標準測 試光，經積分球均勾化后輸出。2. 根據權利要求1所述的一種工業彩色相機顏色響應測試與校正裝置，其特征在于， 所述的RGB三色LED陣列光源由R、G、B三種LED組成，空間交錯分布，光學及電學性能參數 一致。3. 根據權利要求1所述的一種工業彩色相機顏色響應測試與校正裝置，其特征在于， 所述的LED驅動控制器對RGB三色LED陣列光源中的R、G、B三種LED進行獨立恒流控制， 功率連續可調。
【專利摘要】本實用新型公開了一種工業彩色相機顏色響應測試與校正裝置，裝置包括RGB三色LED陣列光源及LED驅動控制器、積分球、色度計、待檢測工業相機、數據采集卡、計算機，具體方法包括如下步驟：調節RGB三色LED陣列光源輸出標準測試光，采集多幅圖像數據，計算不同幅圖像相機RGB像素輸出響應的均值，建立RGB相同光照強度下的RGB像素點響應輸出一致的響應系數校正表；調整光源到其他標準光照條件，在對應的光照條件下，采集多幅圖像數據，計算不同幅圖像相機RGB像素輸出響應的均值。最小二乘擬合不同標準光照條件下相機顏色校正模型，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。
【IPC分類】G01J3/46, G01M11/02, G05D25/02
【公開號】CN204831751
【申請號】CN201520571505
【發明人】董寧, 唐世悅, 吳暢, 葉加圣
【申請人】合肥埃科光電科技有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年7月29日