CN105187819B - 一种工业彩色相机颜色响应测试与校正装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业彩色相机颜色响应测试与校正方法，包括如下步骤：调节RGB三色LED阵列光源输出标准测试光，采集多幅图像数据，计算不同幅图像相机RGB像素输出响应的均值，建立RGB相同光照强度下的RGB像素点响应输出一致的响应系数校正表；调整光源到其他标准光照条件，在对应的光照条件下，采集多幅图像数据，计算不同幅图像相机RGB像素输出响应的均值。最小二乘拟合不同标准光照条件下相机颜色校正模型，使得相机输出颜色与标准颜色匹配，并将此模型输入相机颜色校正模块，完成校正。

Description

一种工业彩色相机颜色响应测试与校正装置及方法

技术领域

本发明涉及机器视觉中工业相机性能检测领域，特别涉及一种工业彩色相机颜色响应测试与校正装置及方法。

背景技术

机器视觉系统广泛应用于工业、农业、医药、军事、航天、气象、天文、公安、交通、安全、科研等行业。机器视觉技术通过工业相机将被检测目标转换成数字图像信号，根据图像像素分布和亮度、颜色等信息由图像处理系统基于算法抽取目标的特征，获取被测目标的形态信息，进而根据被测目标信息来控制现场的设备动作。工业相机是机器视觉系统中图像信息获取的关键组件，相机的性能指标不仅直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量等，同时也与整个系统的运行模式直接相关。

目前行业内公认的关于相机灵敏度和成像质量评测标准主要是欧洲机器视觉协会EMVA1288规范，该规范针对CMOS和CCD图像传感器的电学和光学性能指标建立测试规范标准，解决了不同公司的产品在规范统一测试条件下的性能横向对比问题。基于该规范，比利时Aphesa公司、北京凌云光技术有限公司推出了符合EMVA1288规范的相机性能检测系统。

在EMVA1288规范中，对图像传感器的光谱敏感性测试主要是从传感器器件本身全敏感波段的量子效率进行测试，与机器视觉技术中的工业相机的具体应用没有建立紧密联系。而在机器视觉应用中，工业相机一个基本的要求是输出数字图像具有色彩真实性，相机的颜色响应性能直接影响系统应用效果，比如：多相机对同一被测彩色目标成像后进行图像匹配，不同相机其颜色响应特性的不一致会导致图像匹配出现偏差；印染行业对同一光照条件下同一检测对象成像，不同相机输出图像色彩差异会引起检测错误等。具体工业应用往往更关心与系统输出直接相关的色彩、亮度等信息，相机的颜色响应的质量很大程度上影响到最终的实际应用检测效果，故对工业相机颜色响应性能进行测试和对相机颜色响应误差进行补偿，可提高相机颜色识别精度，并可大大降低后端图像运算的复杂度。

发明内容

本发明主要解决机器视觉技术中工业相机颜色响应偏差校正问题，通过在相机前端图像传感数据中嵌入相机颜色校正模块，提高相机颜色识别精度，并降低后继系统图像处理的复杂度。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种工业彩色相机颜色响应测试与校正方法，其特征在于：

步骤1)，通过色度计测量结果反馈调节RGB三色LED阵列光源，使其输出色度为标准测试白光，即R：G：B＝1：1：1，采集多幅图像数据，分别计算被测相机像素输出均值，以被测相机传感器RGB三种像素输出中的任一像素输出为基准，调节该标准测试白光强度，依此选定像素输出为基准，建立待测相机响应系数校正表，保证在标准白光照射条件下所有RGB像素输出均值一致；

步骤2)，在步骤1)的校正基础上，通过色度计测量结果反馈调节RGB三色LED阵列光源，使其输出色度为其他7种黄、青、绿、紫、红、蓝、黑标准颜色光，在相应的光照条件下进行多幅图像采集并分别计算R、G、B不同像素各自的响应均值；

步骤3)，根据光源输出不同光照条件的RGB像素值,与被测相机在不同标准测试颜色下的RGB像素响应均值，对被测相机分别对R、G、B三种颜色响应进行最小二乘拟合，建立被测相机颜色校正模型，使得相机输出颜色与标准颜色匹配，并将此模型输入相机颜色校正模块，完成校正。

本发明的有益效果如下：

通过控制RGB三色LED阵列光源、积分球与色度计构建标准测试条件，对被测工业彩色相机进行测试，构建被测工业彩色相机的颜色校正模型，提高被测相机颜色识别精度，并降低后继系统图像处理的压力，保证被测相机输出颜色信号一致性。该方法具有效率高而且校正精准的特点。

利用LED驱动控制器对RGB三色LED阵列光源输出光进行连续调节，通过积分球，获得均匀的标准检测光，可方便实现对相机颜色响应性能测试，并且进行颜色响应校正，使相机的颜色响应一致。

与欧洲机器视觉协会EMVA1288规范单纯在特定光强的条件下测试图像传感器在有效光谱范围的响应相比，该系统从工业相机工程实际应用的角度建立被测工业彩色相机颜色校正模型，实现对被测工业相机进行颜色响应校正。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明工业彩色相机颜色响应测试、校正装置示意图；

图2为本发明工业彩色相机颜色响应测试、校正方法步骤示意图；

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种工业彩色相机颜色响应测试与校正装置，整个装置放置于暗室内，包括计算机2、LED驱动控制器3、RGB三色LED阵列光源4、积分球5、色度计6、待测相机7、数据传输电缆8、数据采集卡9；待测相机7和积分球5均放置在光学平台1上，待测相机7通过数据传输电缆8与数据采集卡9相连，计算机2通过数据采集卡9获取图像数据。积分球5的出光口垂直对准待测相机7，使得光均匀地照射到待测相机7的传感器上；积分球5出光口到待测相机7的传感器的距离不小于积分球5出光口直径的8倍，且积分球5出光口直径应大于待测相机7的传感器对角线长度。色度计6与LED驱动控制器3、RGB三色LED阵列光源4、积分球5构成标准测试光源色度闭环控制系统，色度计6检测测试颜色及亮度结果反馈给LED驱动控制器3，LED驱动控制器3控制RGB三色LED阵列光源4产生标准测试光，经积分球均匀化后输出。

其中RGB三色LED阵列光源4由RGB三种LED组成，空间交错分布，光学及电学性能参数一致。采用的LED驱动控制器3，可对RGB三种LED进行独立恒流控制，功率连续可调。

标准测试光源色度闭环控制系统保证积分球输出标准颜色，输出颜色色度与光强可调。

本发明使用多种标准色对相机进行校正，使相机颜色响应精准。校正过程中使用的标准颜色为8种标准颜色，如下表1所示：

表1：标准颜色列表

	white	Yellow	cyan	Green	magenta	red	blue	Black
									R	255	255	0	0	255	255	0	0
G	255	255	255	255	0	0	0	0
									B	255	0	255	0	255	0	255	0

如图2所示，本发明的一种工业彩色相机颜色响应测试与校正方法，包括以下步骤：

步骤1)，采用标准测试光源色度闭环控制系统，通过色度计测量结果反馈调节RGB三色LED阵列光源，使光源输出色度为标准白光，即，R：G：B＝1：1：1。计算像素响应均值获得校正系数，使相机RGB三色在标准白光测试条件下响应一致。计算步骤如下：

在标准白光照条件下采集多幅图像数据，计算相机输出的响应均值；同时使得相机输出的G像素统计均值为其饱和值的3/4，在该标准白光光照条件下，采集多幅图像，进行均值运算。

其中n为图像采集的幅数，P_x,y为像素点(x,y)的响应均值(如果待测相机为彩色工业线扫描相机，则P_x,y为P_x)，P_x,y,i为第i幅图像像素点(x,y)的响应值。

根据上述均值运算结果，得到相机响应系数校正表：

其中GL为G像素响应饱和值，A_x,y为像素点(x,y)的校正系数表。

步骤2)，根据色度计输出结果反馈，通过LED驱动控制器调节RGB三色LED阵列光源，使其输出表1中的7种标准颜色光。在相应的光照条件下进行图像采集，依据相机响应系数校正表，得到相机在对应标准颜色光照条件下的响应结果：

P′x,y＝P_x,y·A_x,y

分别对R像素、G像素和B像素的P′_x,y进行统计，得到此标准光照条件下所有R、G、B像素各自的响应均值：

其中m₁为所有R像素的个数，m₂为所有G像素的个数，m₃为所有B像素的个数，P′_x,y,k(R)为对应标准颜色光照下的第k个R像素响应值，P′_x,y,k(G)对应标准颜色光照下的第k个G像素响应值，P′_x,y,k(B)对应标准颜色光照下的第k个B像素响应值；R_c、G_c、B_c分别为此标准颜色光照下的所有R像素、G像素、B像素的响应均值。

按照此步骤得到全部标准颜色下的R、G、B像素响应均值，对应为R_cj、G_cj、B_cj,其中j为标准颜色标号,j＝1…7。

步骤3)，对得到的不同标准颜色下的R、G、B像素响应均值进行校正模型计算：

其中R_lj、G_lj、B_lj分别为光源输出的R、G、B像素值,R_cj、G_cj、B_cj分别为不同标准测试颜色下的R、G、B像素响应均值，M为R、G、B颜色校正模型，采用最小二乘拟合M参数使得误差D取最小值。根据拟合参数建立相机颜色校正模型M，使得相机输出颜色与标准颜色匹配，并将此模型输入相机颜色校正模块，完成校正。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (1)

1.一种工业彩色相机颜色响应测试与校正方法，其特征在于：

步骤1)，通过色度计测量结果反馈调节RGB三色LED阵列光源，使其输出色度为标准测试白光，即R：G：B＝1：1：1，采集多幅图像数据，分别计算被测相机像素输出均值，以被测相机传感器RGB三种像素输出中的任一像素输出为基准，调节该标准测试白光强度，依此选定像素输出为基准，建立待测相机响应系数校正表，保证在标准白光照射条件下所有RGB像素输出均值一致；

步骤2)，在步骤1)的校正基础上，通过色度计测量结果反馈调节RGB三色LED阵列光源，使其输出色度为其他7种黄、青、绿、紫、红、蓝、黑标准颜色光，在相应的光照条件下进行多幅图像采集并分别计算R、G、B不同像素各自的响应均值；

步骤3)，根据光源输出不同光照条件的RGB像素值,与被测相机在不同标准测试颜色下的RGB像素响应均值，对被测相机分别对R、G、B三种颜色响应进行最小二乘拟合，建立被测相机颜色校正模型，使得相机输出颜色与标准颜色匹配，并将此模型输入相机颜色校正模块，完成校正。