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   1861年，維多利亞女王統(tǒng)治期間，英國仍處于工業(yè)革命的巔峰，此時，物理學(xué)家馬克斯威拍出了世界上第一張彩色照片。70年過后，英國科學(xué)家約翰 洛吉 貝爾德在戰(zhàn)前的倫敦首次展示了世界上第一款彩色電視，盡管上世紀(jì)在技術(shù)上取得了長足進(jìn)步，但制造商徹底接受彩色檢測卻還是過了好多年。

   食品、紡織、電子和半導(dǎo)體行業(yè)中，對產(chǎn)品色彩的檢測非常重要，這并不令人驚訝。在黑白相機應(yīng)用中，每個像素可以對光源照射到圖像上每個點的光線強度進(jìn)行測量。彩色相機可對每個點上的三種不同色彩的光線強度進(jìn)行測量，將所捕獲的數(shù)據(jù)量翻了三倍。這復(fù)雜了從數(shù)據(jù)捕獲到計算機處理的每個步驟，意味著灰階技術(shù)雖然有局限性但仍是最受歡迎的方法。

   Matrox Imaging公司MIL處理組經(jīng)理Arnaud Lina說：“成像行業(yè)推動了黑白圖像檢測的應(yīng)用。這些圖像的獲取相對簡單，處理黑白圖像的專業(yè)技術(shù)豐富，但現(xiàn)有的彩色圖像處理軟件包和專業(yè)技術(shù)非常少。灰階方法更加廣泛，更加容易理解和操作、價格便宜，并且計算復(fù)雜度相對較低。所有這些因素使得灰度方法成為行業(yè)中具有吸引力的方案。機器視覺制造商克服這些困難并開發(fā)出高費效比，且容易使用的方案還是最近的事。

   在一些例子中，謹(jǐn)慎的選擇光源和黑白相機就已足夠，無需增加額外的彩色系統(tǒng)成本。例如，紅色光能夠照明圖像中的紅色區(qū)域，綠光和藍(lán)光則呈現(xiàn)黑色。相對簡單的灰階軟件工具隨后可用于進(jìn)行相應(yīng)的測量。

   Firstsight Vision公司銷售主管Mark Williamson說：“很多人都有一個誤解，認(rèn)為人觀測到的是彩色，就需要用彩色檢測。如果你需要辨別色彩，這的確很重要，但無需用彩色進(jìn)行簡單的測量?！?

  數(shù)據(jù)獲取

   對于更為復(fù)雜的應(yīng)用來說，機器視覺制造商在近年來有了穩(wěn)步提升。曾經(jīng)的一個障礙是在適宜的價位提供分辨率好的彩色相機，但近年CCD分辨率的提升提供了解決方案。

   在過去，面陣掃描彩色相機采用三種獨立的CCD芯片分別用于每個像素紅、綠、藍(lán)三種光的捕獲。這些數(shù)據(jù)隨后被合成一張全彩色圖像。

   更為便宜的解決方案是只采用一個芯片，芯片上的每個像素只對輪流穿越圖像的一種色彩感光。由于每個像素都將被其他測量不同色彩的像素包圍，相機能夠通過尋找缺失色彩周邊的反饋來填充缺失的色彩。但這降低了圖像色彩分辨率，因為只采用了大概一半的真實像素，相比具有相同像素的三芯片相機來說，色彩保真度不夠精確。

   這曾經(jīng)限制單芯片相機的采用，但新的百萬像素芯片的出現(xiàn)使高分辨率色彩的獲取成為可能，并且無需對每種彩色都準(zhǔn)備一個傳感器。Williamson說:“我們在嘗試向單芯片彩色相機轉(zhuǎn)變，因為價格更加便宜?！?

   彩色檢測在采用線陣相機拍攝圖像中仍存在問題。線陣相機含有成千上萬個連續(xù)的像素，能夠?qū)\動中傳送帶上的目標(biāo)物進(jìn)行掃描，來成行構(gòu)建每個目標(biāo)物的圖像。由于單行限速需要對每種色彩進(jìn)行單獨的獲取，導(dǎo)致了相機性能的下降，而采用三行像素成本則太高。

   由于三線性掃描相機仍有廣泛的高端應(yīng)用，一些制造商現(xiàn)在開始生產(chǎn)雙線性相機，一行像素只捕獲一種色彩，并且其他行含有交錯像素可捕獲另外兩種主要色彩。

   Dalsa公司高級線陣相機銷售經(jīng)理Xing-Fei He說：“這種彩色性能沒有三芯片CCD相機性能好，但是對于識別個別的盒子已經(jīng)足夠，如：垃圾回收應(yīng)用。它非常適用于這種應(yīng)用?！?

   由于傳送帶的速度非常快，捕獲的數(shù)據(jù)量巨大。Williamson說：“從相機中提取數(shù)據(jù)并傳送至采集卡常常是個問題。只有通過PCI總線才能應(yīng)對大容量數(shù)據(jù)?！?

   然而，根據(jù)Williamson，由于高速數(shù)字接口的出現(xiàn)，如：吉比特以太網(wǎng)和火線，對于線陣相機來說，這種傳輸已經(jīng)不再是問題。

   數(shù)據(jù)一旦被獲取，就需要計算對其進(jìn)行分析，這同樣因為大量數(shù)據(jù)而變得復(fù)雜。
Williamson 說：“對于智能相機來說是個典型的問題，你需要三倍的處理能力，而這是個瓶頸。”半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展可能會最終解決這個問題。

   彩色分析

   FPGA技術(shù)也能夠幫助簡化這一問題，在數(shù)據(jù)在從相機或采集卡傳輸至計算機之前對其進(jìn)行快速預(yù)處理。Euresys的Grablink Quickpack ColorScan圖像采集卡配有FPGA和其他的功能，可簡化彩色檢測應(yīng)用。

   例如：目標(biāo)物在一個線陣相機下移動時，每個像素行都能夠在不同的時間點顯現(xiàn)出目標(biāo)物的特征，并且相機必須隨后對像素的不同色彩進(jìn)行拼合，并讀取為RG圖像。Euresys的方案是通過在圖像采集卡上采用FPGA技術(shù)，來實施這種“線陣延遲補償（scan-delay compensation）”，幫助減輕計算機的工作量。FPGA技術(shù)在處理中比計算機的CPU更為有效。這種方案還能糾正不同色彩的失真和平衡。

   即使對數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理，大容量意味著需要對分析算法進(jìn)行仔細(xì)斟酌。Dalsa的He說，“算法比傳統(tǒng)的處理更加復(fù)雜?！?

   Firstsight Vision的Williamson同意這樣的觀點，“你要做的是有效處理三倍的數(shù)據(jù)，所以更加復(fù)雜。關(guān)鍵是將復(fù)雜性隱藏在看起來簡單的用戶界面之后?！?

   He說Dalsa的IPD檢測軟件工具是這方面非常好的例子。采用這個工具，用戶可以定義他們自己最感興趣的三種顏色。工具隨后創(chuàng)建三類單色圖像映射每種顏色的密度。

   一個通常的彩色傳感器只能提供一個二值圖像（彩色有效處為黑色，彩色無效處為白色），但是不能顯示強度。Williamson 說，“iNspect可提供一張有關(guān)所有那種顏色不同漸變的圖片。這使用戶能夠在全彩色圖像中應(yīng)用這種典型的單色工具，如：邊緣查找和Blob分析。”

   機器視覺軟件庫還能夠通過為多數(shù)通常工作提供Ready-Written Code來簡化色彩檢測。Euresys的Open eVision系列包括進(jìn)行彩色分析的EasyColor庫。這些包括有將RGB色彩數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對色彩強度、色調(diào)、飽和度的描述，這些參數(shù)對一些應(yīng)用很重要。它還可以根據(jù)色彩進(jìn)行圖像分割，糾正彩色平衡以及彩色濾波。

彩色分析可用于對不同物體進(jìn)行計數(shù)，如這些糖果。

   大多數(shù)現(xiàn)有的軟件都致力于提高用戶操作系統(tǒng)的便利性，使用戶無需具備豐富的機器視覺專業(yè)知識就能夠從色彩檢測中受益。Matrox Imaging的Arnaud Lina說：“Matrox開發(fā)出了一套軟件工具，能夠集成于Matrox Imaging Library （MIL），MIL是一個通用成像及視覺庫。軟件包含有顏色匹配工具、colourdistance工具和彩色投影。”

   “在通用成像及視覺包內(nèi)集成彩色工具，是讓開發(fā)人員在使用簡單的通用編程界面進(jìn)行成像應(yīng)用時，添加上彩色圖像獲取和處理功能。這樣用戶就能夠關(guān)注于彩色檢測硬件和軟件，而不是開發(fā)軟件算法?！?

   Matrox的工具包括有彩色數(shù)據(jù)分析，彩色識別和學(xué)習(xí)，以及類似人類感知能在不同色彩空間內(nèi)運作的能力。靈活性是關(guān)鍵。Lina說：“我們根據(jù)問題的特質(zhì)提供各種策略?！?BR>
   未來

   其他的小革新也能夠簡化彩色檢測設(shè)備的維護。Dalsa近期用車燈上通常采用的染料替代了傳感器上的色彩過濾器，這可以使其更經(jīng)久耐用。Dalsa的He說：“用戶不會想要在幾個月中就看到褪色現(xiàn)象。

   技術(shù)很少保持不變，機器視覺供應(yīng)商似乎最終將掌握彩色檢測，他們可能會進(jìn)入一個新的時代，這又會對數(shù)據(jù)處理提出更高的要求，像是三種色彩（紅、綠、藍(lán)）遠(yuǎn)不夠，大多數(shù)的制造商現(xiàn)在都在研究添加第四或第五種成分——UV和近紅外波長。

   Basler公司視覺配件產(chǎn)品部經(jīng)理Joachim Linkemann說：“單色信息將很可能發(fā)展為近紅外光。水果和蔬菜上的劃痕在近紅外下都能夠觀測得到。除RGB外，彩色相機很可能會開發(fā)出NIR像素?！边@可能會采用相同的像素技術(shù)，但新增的過濾器可使紅外波也融入所要求的像素。

   Dalsa的Xing-Fei He贊成相機很可能會在未來對更大范圍內(nèi)的波長敏感,他說：“客戶還會轉(zhuǎn)向紫外線檢測。由于電子元件變得越來越小，我們需要采用更短的波長來檢測它們。我預(yù)計它將成為一個重要的市場趨勢?！?

   直到現(xiàn)在，制造商至少能夠從多數(shù)彩色檢測技術(shù)的發(fā)展中受益，這些發(fā)展簡化了操作，費效比比從前更高。He預(yù)測：“我們能看到越來越多的客戶轉(zhuǎn)向彩色檢測來區(qū)分不同的產(chǎn)品。”

   應(yīng)用

彩色分析工具能用于區(qū)別不同特征

   生產(chǎn)線上應(yīng)用的多數(shù)彩色檢測將會趨向美感：如:檢測標(biāo)簽印刷的錯誤，或確保一塊布的顏色同特殊的色調(diào)匹配。這些應(yīng)用確實非常重要，但彩色通常用于檢測特征，而非美觀與否。

   Matrox Imaging 公司MIL過程組經(jīng)理Arnaud Lina說：“在食品行業(yè)，產(chǎn)品的色彩通常是質(zhì)量的標(biāo)示。彩色處理可用于單個產(chǎn)品的質(zhì)量評估，如：檢測西紅柿的紅色程度，或測量一個包裝內(nèi)各種物品的比例?！?

   在紡織工業(yè)，UV檢測能夠查找出纖維中的雜質(zhì)，而這些無法用肉眼觀看得到。

   在電子和半導(dǎo)體行業(yè)，彩色可用于區(qū)分同一電路板上的不同元件。Dalsa 公司的Xing-Fei He 說：“盡管元器件不再有彩色編碼的必要，彩色仍是用于識別的一個方面。”

   在醫(yī)療應(yīng)用中，彩色也非常重要。現(xiàn)在一些公司開始生產(chǎn)影像設(shè)備，進(jìn)行腫瘤和痣等樣本的自動分析，來判定病人是否患有惡性皮膚癌。Basler公司視覺配件產(chǎn)品經(jīng)理Joachim Linkemann說：“一個非常有經(jīng)驗的醫(yī)生需要通過樣本來診斷癌癥，但他們需要具備極其豐富的經(jīng)驗。一臺機器可以給出更可信的結(jié)果——它不會出現(xiàn)診斷失誤的時候。沒有彩色分析，腫瘤就很難識別”