彩色相機(jī)在機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)中的應(yīng)用
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彩色相機(jī)變得越來(lái)越便宜，同時(shí)也變得簡(jiǎn)單易用。
曾幾何時(shí)，彩色視覺(jué)技術(shù)不僅成本預(yù)算昂貴而且屬于大型機(jī)構(gòu)內(nèi)部的技術(shù)專(zhuān)長(zhǎng)。但是，隨著近年來(lái)相機(jī)、照明和軟件方面的不斷進(jìn)步使得色彩視覺(jué)更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、變得簡(jiǎn)單，并且更易于在裝配線上使用。
如今，視覺(jué)技術(shù)正在被集成到越來(lái)越多的自動(dòng)化應(yīng)用中，因?yàn)樗軌蛞孕碌姆绞浇鉀Q復(fù)雜的生產(chǎn)挑戰(zhàn)。
顏色提供的關(guān)鍵信息可以提高許多機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)應(yīng)用的可靠性。顏色檢測(cè)的能力可以檢查許多無(wú)法以灰度值進(jìn)行檢查的產(chǎn)品。典型的例子包括確保安裝棕褐色而不是灰褐色的汽車(chē)內(nèi)部部件，并檢查墨盒是否泄漏。
彩色視覺(jué)讓用戶(hù)能夠在同一臺(tái)設(shè)備上監(jiān)控更多的情況，例如，除了尺寸和位置外，用戶(hù)還可以驗(yàn)證物體的顏色。以及“存在的部分是什么？”和“放置在正確位置是否正確？”
這對(duì)于在質(zhì)量控制方面檢測(cè)物體顏色的微小變化非常重要，此外，彩色成像儀可用于檢查顏色的正確與否。
彩色相機(jī)對(duì)于裝配和檢測(cè)應(yīng)用非常重要，彩色圖像能夠準(zhǔn)確地識(shí)別目標(biāo)物體，進(jìn)行質(zhì)量控制比灰度圖像更容易地與圖像相關(guān)聯(lián)。一些缺陷檢測(cè)應(yīng)用中只有使用彩色視覺(jué)才可以進(jìn)行。
使用彩色視覺(jué)可以增強(qiáng)材料的顏色響應(yīng)，從而提高缺陷檢測(cè)的靈敏度，進(jìn)一步增強(qiáng)圖像，突出難以看到的缺陷。
可以檢測(cè)顏色的視覺(jué)系統(tǒng)更容易驗(yàn)證組件是否正確。事實(shí)上，有些檢查任務(wù)，如檢查線束中導(dǎo)線的顏色，只能通過(guò)彩色成像技術(shù)來(lái)完成。其他任務(wù)，例如搜索沿著高速傳輸器移動(dòng)的對(duì)象，也可以從顏色提供的額外信息中獲益。
彩色視覺(jué)處理的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它可以檢測(cè)并顯示灰度成像無(wú)法實(shí)現(xiàn)的細(xì)微差別。當(dāng)視覺(jué)系統(tǒng)捕獲灰度圖像時(shí)，它基于從256個(gè)灰度梯度中選擇的單個(gè)值做出評(píng)估決策。當(dāng)視覺(jué)系統(tǒng)捕獲彩色圖像以進(jìn)行評(píng)估時(shí)，它可以使用的數(shù)據(jù)是灰度圖像的三倍的。
制造商通常使用彩色機(jī)器視覺(jué)技術(shù)來(lái)解決三個(gè)主要任務(wù)：
部件分類(lèi)–顏色通常是區(qū)分某些部件的唯一特征，例如帽子或容器。
顏色識(shí)別和匹配——人類(lèi)經(jīng)常無(wú)法確定匹配相似的顏色，而機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以可靠地區(qū)分它們，以監(jiān)控顏色的一致性。
裝配驗(yàn)證和檢查——當(dāng)組件非常小，或者識(shí)別不容易看到的標(biāo)記(如字符串或條形碼)時(shí)，識(shí)別在裝配過(guò)程中使用了正確的部件可能具有挑戰(zhàn)性。在這些情況下，顏色可以準(zhǔn)確地確定零件是否正確組裝。
目前，隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)、成像處理軟件和檢測(cè)工具的進(jìn)步，處理彩色圖像變得更容易、更快、更便宜。
但是，并非所有機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用都需要彩色視覺(jué)處理。
在大多數(shù)應(yīng)用中，顏色并不重要，灰度相機(jī)通常也可以根據(jù)不同的灰度來(lái)區(qū)分顏色。
使用傳統(tǒng)的灰度視覺(jué)系統(tǒng)，絕大多數(shù)檢測(cè)應(yīng)用仍然是最好的解決方案，但是，人們對(duì)彩色成像的興趣越來(lái)越大，因?yàn)檫@種技術(shù)更加實(shí)惠。視覺(jué)軟件也更易于使用且更易于訪問(wèn)。
在某些情況下，你可以從灰度圖像中獲得更合理的圖像對(duì)比度和特征分割，其中一個(gè)原因是因?yàn)橛糜跈C(jī)器視覺(jué)的算法不一定在色彩空間中獨(dú)特操作。
“例如，處理一個(gè)簡(jiǎn)單的彩色測(cè)量任務(wù)可能對(duì)制造商沒(méi)有任何好處，但是，如果機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的任務(wù)是通過(guò)顏色區(qū)分、識(shí)別或分類(lèi)，那么彩色視覺(jué)系統(tǒng)將具有自身的優(yōu)勢(shì)，并且將是最好的解決方式。”
彩色視覺(jué)解決方案
傳統(tǒng)上，色彩視覺(jué)比灰度視覺(jué)成本更高。但是，現(xiàn)在已經(jīng)有所改觀。
在以前，關(guān)于彩色視覺(jué)系統(tǒng)使用的最大問(wèn)題就是操作復(fù)雜而且成本昂貴，但現(xiàn)在不同，今天的標(biāo)準(zhǔn)彩色成像并不復(fù)雜，也不昂貴。然而，使用多個(gè)傳感器的高級(jí)彩色成像和精密彩色成像系統(tǒng)仍然很復(fù)雜。
標(biāo)準(zhǔn)灰度和彩色相機(jī)之間的主要區(qū)別在于提供彩色圖像的傳感器像素上的特殊濾色器陣列（拜耳濾波器）。這種類(lèi)型的相機(jī)在一次采集中產(chǎn)生三個(gè)圖像：每個(gè)圖像具有用于相應(yīng)濾波像素的紅色、綠色和藍(lán)色內(nèi)容。但是，雖然此功能可降低整體相機(jī)成本，但也會(huì)降低相機(jī)的空間分辨率。
標(biāo)準(zhǔn)的拜耳濾鏡彩色相機(jī)現(xiàn)在無(wú)處不在，每個(gè)灰度產(chǎn)品供應(yīng)商都同時(shí)也提供彩色視覺(jué)產(chǎn)品。
彩色相機(jī)的成本幾乎與灰度或單色相機(jī)相同，顏色沒(méi)有真正的成本差異，因?yàn)橹圃靷鞲衅魉璧募夹g(shù)都處于芯片級(jí)別。能夠提供彩色圖像的相機(jī)使用與灰度相機(jī)相同的傳感器和組件。
彩色視覺(jué)系統(tǒng)使用更多的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）代替電荷耦合器件（CCD）傳感器，因?yàn)楹笳吣軌蛞愿叩乃俣冗\(yùn)行，這降低了成本并增加了靈活性。這種改進(jìn)促使更多制造商重新審視色彩視覺(jué)技術(shù)。
我們也看到了更高分辨率的相機(jī)，在過(guò)去，大多數(shù)彩色視覺(jué)應(yīng)用都使用了500萬(wàn)像素的攝像頭。如今，可提供更多1200萬(wàn)像素的攝像頭。
與色彩視覺(jué)相關(guān)的最大問(wèn)題涉及成本，為了從這項(xiàng)技術(shù)中受益，你不必在硬件上投入大量資金。
近年來(lái)色彩視覺(jué)變得更加實(shí)惠，隨著技術(shù)的進(jìn)步和需求的增加，作為彩色成像框架的成像器材的成本正在下降。更快的處理器和設(shè)備存儲(chǔ)器使機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)能夠更快地處理數(shù)據(jù)，即使使用更高分辨率的成像器材。彩色視覺(jué)已成為日常檢查的實(shí)用解決方案。
高分辨率傳感器提供了高質(zhì)量的彩色圖像，超過(guò)了幾年前單色圖像、處理能力、存儲(chǔ)和成本的提高使[可負(fù)擔(dān)的色彩技術(shù)]成為可能。
隨著彩色視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)變得越來(lái)越便宜，它們可以在工廠車(chē)間更廣泛地部署。
顏色和灰度之間不再有很大的價(jià)格差異，如果一個(gè)應(yīng)用程序真的受益于顏色，那你可以通過(guò)彩色視覺(jué)進(jìn)行解決。
這引起了傳統(tǒng)上因成本問(wèn)題無(wú)法使用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的小型制造商的更多興趣，低端視覺(jué)系統(tǒng)并不像過(guò)去那么復(fù)雜。小型制造商現(xiàn)在可以以低于2,000美元的價(jià)格配置簡(jiǎn)單的檢驗(yàn)應(yīng)用程序。
視覺(jué)軟件界面越來(lái)越容易使用，你不必雇傭程序員或系統(tǒng)集成商。中小型制造企業(yè)在沒(méi)有很多視覺(jué)經(jīng)驗(yàn)的情況下，可以快速解決檢驗(yàn)問(wèn)題。對(duì)于顏色和灰度系統(tǒng)來(lái)說(shuō)都是一樣的。
關(guān)于彩色成像系統(tǒng)，最大的誤區(qū)是它涉及到多層的復(fù)雜性。現(xiàn)實(shí)情況是，這項(xiàng)技術(shù)價(jià)格合理，分辨率更高，性能也更好。
照明方式
照明對(duì)于所有視覺(jué)應(yīng)用都很重要。但對(duì)于彩色攝像機(jī)來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)尤為重要。
照明是彩色成像應(yīng)用中的首要挑戰(zhàn)，那是因?yàn)檎彰鞯牟灰恢滦詴?huì)改變場(chǎng)景中顏色的表現(xiàn)方式。
顏色只是從物體反射的光的波長(zhǎng)，因此，如果光源是白色LED燈，就其性質(zhì)而言，其光譜曲線稍微偏藍(lán)，那么將光照射到物體上將導(dǎo)致圖像看起來(lái)比相機(jī)稍微偏藍(lán)。
照明系統(tǒng)的穩(wěn)定是最大的挑戰(zhàn)，環(huán)境中的因素，例如外部環(huán)境光，可能會(huì)改變物體的顏色響應(yīng)。在彩色視覺(jué)應(yīng)用中光的管理可能會(huì)非常困難。
LED燈根本無(wú)法在整個(gè)可見(jiàn)光范圍內(nèi)提供光譜波長(zhǎng)的廣譜和均勻響應(yīng)，因此，我們?cè)贚ED燈中獲得峰值和谷值，這會(huì)極大地影響某些成像應(yīng)用的色彩準(zhǔn)確度。
解決這個(gè)問(wèn)題的方法包括使用平衡LED或老式鹵素?zé)簦鼈兛梢蕴峁└玫纳薯憫?yīng)，但是，最近專(zhuān)門(mén)為彩色視覺(jué)應(yīng)用設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)也有所改進(jìn)。它們提供更一致和均勻的光譜響應(yīng)。
一種最新的照明技術(shù)趨勢(shì)被稱(chēng)為智能照明。
我們的目標(biāo)是理想地開(kāi)發(fā)照明系統(tǒng)，并以更高效和經(jīng)濟(jì)的方式使用它們。智能照明可用于監(jiān)控照明系統(tǒng)，是邁向工業(yè)4.0的重要一步。照明的技術(shù)性能和動(dòng)態(tài)應(yīng)用數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中是永久可用的。
歐姆龍最近推出了新的照明技術(shù)，自動(dòng)進(jìn)行缺陷檢測(cè)和不均勻的顏色檢查，作為其最新的FH系列視覺(jué)系統(tǒng)的一部分。它可以自動(dòng)檢測(cè)微小的缺陷和顏色的細(xì)微變化，具有很高的靈敏度。它還可以同時(shí)檢測(cè)具有不同特征的缺陷。
其中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是先進(jìn)的照明技術(shù)，它根據(jù)被檢查物體的具體特性改變照明角度、方向和顏色，多向、多色（MDMC）照明將質(zhì)量檢測(cè)的自動(dòng)化提升到一個(gè)全新的水平。
視覺(jué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是為了滿(mǎn)足對(duì)卓越質(zhì)量日益增長(zhǎng)的需求，這給制造商帶來(lái)了壓力，要求他們檢測(cè)產(chǎn)品上的所有劃痕和其他缺陷，無(wú)論這些缺陷有多小。此外，今天的勞動(dòng)力短缺使得招募足夠的視覺(jué)檢查員以成功完成所有必要的檢查特別困難，而實(shí)行自動(dòng)化檢查顯得更加重要。
雖然傳統(tǒng)的視覺(jué)系統(tǒng)通常無(wú)法將人眼的能力與某些缺陷檢測(cè)任務(wù)相匹配，但FH系列照明系統(tǒng)已經(jīng)超過(guò)了MDMC光技術(shù)的性能閾值。
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