CN115460386B - 一种利用黑白相机获取彩色图像的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用黑白相机获取彩色图像的方法及系统，其中，利用黑白相机获取彩色图像的方法，包括以下步骤：调节黑白相机在红、绿、蓝三种光照下的增益系数，使所述黑白相机达到白平衡；基于白平衡时红、绿、蓝三种光照下的增益系数，分别获取待测物在对应光照下的三张灰度图像；将待测物的三张灰度图像合成为彩色图像。本发明通过黑白相机自身的增益调节，降低了对光源的需求，并实现了黑白相机还原待检物的彩色图像的目的。

Description

一种利用黑白相机获取彩色图像的方法及系统

技术领域

本发明涉及机器视觉检测技术领域，具体涉及一种利用黑白相机获取彩色图像的方法及系统。

背景技术

相机是机器视觉检测系统中的核心部件，广泛应用于各个领域，特别是质量控制、生产监控等领域。

常见机器视觉相机分为黑白相机和彩色相机，两者各有优势，黑白相机空间分辨精度更高；彩色相机可以还原待测物颜色信息。想要同时兼具高空间分辨精度和还原待测物颜色信息的特点，另外还能保证成本不会大幅增加，采用黑白相机在红绿蓝三色光源环境下分别取像，再经过图像合成是一种常见的解决方案。在现有该技术方案中，多使用红绿蓝光源亮度可调光源，通过分别调节红绿蓝光源亮度去适配黑白相机进行白平衡，这种方案对光源要求更高。本文提出了一种方案，采用相机自有的增益系数调节方式，实现对固定亮度红绿蓝光源照明或可调亮度红绿蓝光源照明均可适用方法去适配黑白相机的白平衡，最终实现黑白相机获取待测物的彩色图像。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明第一方面提供了一种利用黑白相机获取彩色图像的方法，其通过黑白相机自身的增益调节，降低了对光源的需求，并实现了黑白相机还原待检物的彩色图像的目的。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种利用黑白相机获取彩色图像的方法，该方法包括以下步骤：

调节黑白相机在红、绿、蓝三种光照下的增益系数，使所述黑白相机达到白平衡；

基于白平衡时红、绿、蓝三种光照下的增益系数，分别获取待测物在对应光照下的三张灰度图像；

将待测物的三张灰度图像合成为彩色图像。

一些实施例中，所述调节黑白相机在红、绿、蓝三种光照下的增益系数，使所述黑白相机达到白平衡，包括：

选择红、绿、蓝三种光照中的一种作为基准光照；

设置黑白相机在基准光照下的增益系数，并在基准光照下对标定板取像，使图片灰阶达到预设值；

调节黑白相机的增益系数，使得在另外两种光照下，对所述标定板取像时的图片灰阶也达到所述预设值。

一些实施例中，所述选择红、绿、蓝三种光照中的一种作为基准光照，包括：

分别在红、绿、蓝三种光照下对标定板取像；

比较红、绿、蓝三种光照下的图片灰阶，选择图片灰阶最高时所对应的光照作为基准光照。

一些实施例中，所述图片灰阶的预设值包括多个以固定步长递增的步进值；

计算另外两种光照下，在图片灰阶达到每一步进值时对应的增益系数的平均值，作为该光照下的黑白相机的增益系数。

一些实施例中，所述图片灰阶的预设值为40、80、120、160和200。

一些实施例中，在基准光照下，将黑白相机的增益系数设置为最小值。

一些实施例中，所述标定板为标准白板或中灰板。

本发明第二方面提供了一种利用黑白相机获取彩色图像的系统，其通过黑白相机自身的增益调节，降低了对光源的需求，并实现了黑白相机还原待检物的彩色图像的目的。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种利用黑白相机获取彩色图像的系统，包括：

红绿蓝三色光源，其可择一地选择红、绿、蓝三种光照中的一种提供光照；

黑白相机，其设于所述红绿蓝三色光源的上方，所述黑白相机的增益系数可调节，并基于在白平衡时红、绿、蓝三种光照下所调节的增益系数，分别获取待测物在对应光照下的三张灰度图像；

图像处理设备，其用于将待测物的三张灰度图像合成为彩色图像。

一些实施例中，还包括：

标定板，其用于辅助调节所述黑白相机在红、绿、蓝三种光照下的增益系数，使所述黑白相机达到白平衡。

一些实施例中，所述标定板为标准白板或中灰板。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明中的利用黑白相机获取彩色图像的方法，实现了黑白相机搭配红绿蓝三色光照获取待测物的彩色图像，且因为采用黑白相机自身的增益调节，使系统对光源的要求更低，光源亮度固定的光照系统也可以通过该方法实现黑白相机获取待检物的彩色图像。此外，因为采用的是黑白相机，其获取的彩色图像空间分辨率和对比度均比彩色相机更高，同时还原了待测物体的色彩信息，提升了图像的检测与鉴别能力，充分发挥了黑白相机在检测中的优势，同时弥补了黑白相机无法还原色彩的缺点。

附图说明

图1是本发明实施例中利用黑白相机获取彩色图像的方法的流程图；

图2是图1中步骤S1的流程图；

图3是本发明实施例中利用黑白相机获取彩色图像的系统的结构框图。

具体实施方式

针对为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1所示，本发明实施例提供一种利用黑白相机获取彩色图像的方法，该方法包括以下步骤：

S1.调节黑白相机在红、绿、蓝三种光照下的增益系数，使所述黑白相机达到白平衡。

值得说明的是，白平衡是描述显示器中红、绿、蓝三基色混合生成后白色精确度的一项指标。通过它可以解决色彩还原和色调处理的一系列问题。它是实现摄像机图像能精确反映被摄物的色彩状况。

为此，在对待测物取像之前，需要先使黑白相机达到白平衡，本发明实施例中采用的是通过调节黑白相机的增益系数来实现的，这样可以使系统对光源的要求更低，光源亮度固定的光照系统也可以实现黑白相机获取待检物的彩色图像。

具体而言，参见图2所示，步骤S1包括：

S11.选择红、绿、蓝三种光照中的一种作为基准光照。

理论上可以任意选择红、绿、蓝三种光照中的一种作为基准光照，优选地，可以借助于标定板来选择基准光照。标定板可以选择标准白板或中灰板。

具体的，首先分别在红、绿、蓝三种光照下对标定板取像，然后比较红、绿、蓝三种光照下的图片灰阶，选择图片灰阶最高时所对应的光照作为基准光照。

S12.设置黑白相机在基准光照下的增益系数，并在基准光照下对标定板取像，使图片灰阶达到预设值。

在本实施例中，黑白相机在基准光照下的增益系数为一默认值，比如可以设置为最小值。

S13.调节黑白相机的增益系数，使得在另外两种光照下，对所述标定板取像时的图片灰阶也达到所述预设值。

也就是说，比如确定绿光为基准光照，那么首先在绿光光照下对标准白板取像，黑白相机的增益系数设置为最小值，调节合适曝光时间使图片灰阶为达到预设值。固定曝光时间不变，切换到红光和蓝光光照，调节相机增益系数使图片灰阶也达到这个预设值，然后分别记录红光和蓝光光照下黑白相机的增益系数。

可以理解的是，所述图片灰阶的预设值也可以是包括多个以固定步长递增的步进值，比如可以是40、80、120、160和200。具体的步进值个数和步长可以根据需要合理设置，本发明实施例对此不做限制，当然图片灰阶的预设值也可以是设定的其他不规律的多个值。

这样对应于每一个步进值，都需要确定红光和蓝光下的增益系数，最后将会获得多个增益系数来求得平均值，作为红光和蓝光光照下的黑白相机的增益系数。

S2.基于白平衡时红、绿、蓝三种光照下的增益系数，分别获取待测物在对应光照下的三张灰度图像。

经过上述步骤之后，便可以确定黑白相机在红、绿、蓝三种光照下的增益系数，然后就可以对待测物进行取像，即调节合适曝光时间并固定不变，分别在红、绿、蓝三种光照且不受外界光照影响下，基于对应的增益系数各取一张共三张灰度图像。

S3.将待测物的三张灰度图像合成为彩色图像。

在得到待测物的三张灰度图像后，便可以基于相应的算法进行合成，以得到RGB彩色图像，具体过程本发明在此不做赘述。

综上所述，本发明中的利用黑白相机获取彩色图像的方法，实现了黑白相机搭配红绿蓝三色光照获取待测物的彩色图像，且因为采用黑白相机自身的增益调节，使系统对光源的要求更低，光源亮度固定的光照系统也可以通过该方法实现黑白相机获取待检物的彩色图像。此外，因为采用的是黑白相机，其获取的彩色图像空间分辨率和对比度均比彩色相机更高，同时还原了待测物体的色彩信息，提升了图像的检测与鉴别能力，充分发挥了黑白相机在检测中的优势，同时弥补了黑白相机无法还原色彩的缺点。

参见图3所示，本发明实施例还提供一种利用黑白相机获取彩色图像的系统，其包括黑白相机1、红绿蓝三色光源2和图像处理设备(图中未示出)。

其中，红绿蓝三色光源2其可择一地选择红、绿、蓝三种光照中的一种提供光照，即红绿蓝三色光源2可以在红、绿、蓝三种颜色的光照之间进行切换，根据需要选择对应颜色的光照。

黑白相机1设于红绿蓝三色光源的上方，且其镜头11对准红绿蓝三色光源。黑白相机1的增益系数可调节，并基于在白平衡时红、绿、蓝三种光照下所调节的增益系数，分别获取待测物4在对应光照下的三张灰度图像。

图像处理设备用于将待测物4的三张灰度图像合成为彩色图像。

一些实施例中，利用黑白相机获取彩色图像的系统还包括标定板，标定板用于辅助调节黑白相机在红、绿、蓝三种光照下的增益系数，使所述黑白相机达到白平衡。标定板可以选择标准白板或中灰板。

具体而言，选择红、绿、蓝三种光照中的一种作为基准光照，优选地，可以先分别在红、绿、蓝三种光照下对标定板取像，然后比较红、绿、蓝三种光照下的图片灰阶，选择图片灰阶最高时所对应的光照作为基准光照。

在确定基准光照后，便可以设置黑白相机在基准光照下的增益系数，并在基准光照下对标定板取像，使图片灰阶达到预设值。优选地，在本实施例中，对应于基准光照，黑白相机的增益系数可以选择最小值。

最后，调节黑白相机的增益系数，使得在另外两种光照下，对所述标定板取像时的图片灰阶也达到所述预设值。

值得说明的是，图片灰阶的预设值包括多个以固定步长递增的步进值，比如可以设置为40、80、120、160和200。然后计算另外两种光照下，在图片灰阶达到每一步进值时对应的增益系数的平均值，作为该光照下的黑白相机的增益系数。这样便可以确定红、绿、蓝三种光照各自对应的增益系数。

在确定了黑白相机达到白平衡时对应于红、绿、蓝三种光照的增益系数后，便可以对待测物进行取像，即分别在红、绿、蓝三种光照下各取一张共三张灰度图像。最后，便可以通过图像处理设备使用相应的算法将三张灰度图像合成为彩色图像。

综上所述，本发明中的利用黑白相机获取彩色图像的系统，实现了黑白相机搭配红绿蓝三色光照获取待测物的彩色图像，且因为采用黑白相机自身的增益调节，使系统对光源的要求更低，光源亮度固定的光照系统也可以通过该方法实现黑白相机获取待检物的彩色图像。此外，因为采用的是黑白相机，其获取的彩色图像空间分辨率和对比度均比彩色相机更高，同时还原了待测物体的色彩信息，提升了图像的检测与鉴别能力，充分发挥了黑白相机在检测中的优势，同时弥补了黑白相机无法还原色彩的缺点。

以上仅为本发明实施例的具体实施方式，但本发明实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明实施例的保护范围之内。因此，本发明实施例的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种利用黑白相机获取彩色图像的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

调节黑白相机在红、绿、蓝三种光照下的增益系数，通过比较图片灰阶，使所述黑白相机达到白平衡；

基于白平衡时红、绿、蓝三种光照下的增益系数，分别获取待测物在对应光照下的三张灰度图像；

将待测物的三张灰度图像合成为彩色图像；

其中，所述调节黑白相机在红、绿、蓝三种光照下的增益系数，通过比较图片灰阶，使所述黑白相机达到白平衡，包括：

分别在红、绿、蓝三种光照下对标定板取像；

比较红、绿、蓝三种光照下的图片灰阶，选择图片灰阶最高时所对应的光照作为基准光照；

设置黑白相机在基准光照下的增益系数，并在基准光照下对标定板取像，使图片灰阶达到预设值；

调节黑白相机的增益系数，使得在另外两种光照下，对所述标定板取像时的图片灰阶也达到所述预设值；

所述图片灰阶的预设值包括多个以固定步长递增的步进值；

计算另外两种光照下，在图片灰阶达到每一步进值时对应的增益系数的平均值，作为该光照下的黑白相机的增益系数。

2.根据权利要求1所述的一种利用黑白相机获取彩色图像的方法，其特征在于：所述图片灰阶的预设值为40、80、120、160和200。

3.根据权利要求1所述的一种利用黑白相机获取彩色图像的方法，其特征在于：在基准光照下，将黑白相机的增益系数设置为最小值。

4.根据权利要求1所述的一种利用黑白相机获取彩色图像的方法，其特征在于：所述标定板为标准白板或中灰板。

5.一种实现如权利要求1所述的利用黑白相机获取彩色图像的方法的利用黑白相机获取彩色图像的系统，其特征在于，包括：

红绿蓝三色光源，其可择一地选择红、绿、蓝三种光照中的一种提供光照；

黑白相机，其设于所述红绿蓝三色光源的上方，所述黑白相机的增益系数可调节，可通过比较图片灰阶，使所述黑白相机达到白平衡，并基于在白平衡时红、绿、蓝三种光照下所调节的增益系数，分别获取待测物在对应光照下的三张灰度图像；

图像处理设备，其用于将待测物的三张灰度图像合成为彩色图像。

6.根据权利要求5所述的一种利用黑白相机获取彩色图像的系统，其特征在于，还包括：

标定板，其用于辅助调节所述黑白相机在红、绿、蓝三种光照下的增益系数，使所述黑白相机达到白平衡。

7.根据权利要求6所述的一种利用黑白相机获取彩色图像的系统，其特征在于：所述标定板为标准白板或中灰板。