一种工业彩色相机颜色响应测试与校正装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型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。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型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。
[0006] 为了解决上述技术问题，本实用新型提供了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、LED驱动控制器、RGB三色LED阵列光源、积 分球、色度计、待测相机、数据传输电缆、数据采集卡；待测相机和积分球均放置在光学平台 上，待测相机通过数据传输电缆与数据采集卡相连，计算机通过数据采集卡获取图像数据。 积分球的出光口垂直对准待测相机，使得光均匀地照射到待测相机传感器上；积分球出光 口到相机传感器的距离不小于积分球出光口直径的8倍，且积分球出光口直径应大于相机 传感器对角线长度。色度计与LED驱动控制器、RGB三色LED阵列光源、积分球构成标准测 试光源色度闭环控制系统，色度计检测测试颜色及亮度结果反馈给LED驱动控制器，控制 RGB三色LED阵列光源产生标准测试光，经积分球均匀化后输出。
[0007] 进一步，所述RGB三色LED阵列光源由R、G、B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，可对R、G、B三种LED进行独立恒流控制，功 率连续可调。
[0008] 本实用新型的有益效果如下：
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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】
[0012] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0013] 图1为本实用新型工业彩色相机颜色响应测试、校正装置示意图；
[0014] 图2为本实用新型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】
[0015] 如图1所示，本实用新型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，经积分球均勾化后输出。
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 本实用新型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：
[0019] 表1:标准颜色列表
[0021] 如图2所示，本实用新型的工业彩色相机颜色响应校正步骤如下：
[0022] 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：
[0023] 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。
[0025] 其中Il为图像采集的幅数，为像素点的响应均值(如果待测相机为彩色 工业线扫描相机，则Hfi为为第I幅图像像素点的响应值。
[0026] 根据上述均值运算结果，得到相机响应系数校正表：
[0028] 其中CE为G像素响应饱和值，为像素点觀_§的校正系数表。
[0029] 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：
[0031] 分别对R像素、G像素和B像素的进行统计，得到此标准光照条件下所有R、G、 B像素各自的响应均值：
CN 204831751 U 说明书 4/4 页
[0035] 其中1%为所有R像素的个数，_2:为所有G像素的个数，纖s为所有B像素的个数，
为对应标准颜色光照下的第女个R像素响应值，
对应标准颜色光照下
的第个G像素响应值，
；对应标准颜色光照下的第_个B像素响应值； 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。
[0036] 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， 其中|:为标准颜色标号，? …7。
[0037] 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：
[0041]其中_、_丨、藝I分别为光源输出的R、G、B像素值，H1分别为不同标 准测试颜色下的R、G、B像素响应均值，_为R、G、B颜色校正模型，采用最小二乘拟合麵参 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觀，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。
[0042] 以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何 在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型 的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1. 一种工业彩色相机颜色响应测试与校正装置，其特征在于，整个装置放置于暗室内， 包括计算机、LED驱动控制器、RGB三色LED阵列RGB三色LED阵列光源、积分球、色度计、待 测相机、数据传输电缆、数据采集卡；待测相机和积分球均放置在光学平台上，待测相机通 过数据传输电缆与数据采集卡相连，计算机通过数据采集卡获取图像数据；积分球的出光 口垂直对准待测相机，使得光均匀地照射到待测相机的传感器上；，积分球出光口到待测 相机的传感器的距离不小于积分球出光口直径的8倍，且积分球出光口直径应大于待测相 机的传感器对角线长度；色度计与LED驱动控制器、RGB三色LED阵列RGB三色LED阵列 光源、积分球组成标准测试光源色度闭环控制系统，色度计检测不同标准测试光颜色及亮 度结果反馈给LED驱动控制器，控制RGB三色LED阵列RGB三色LED阵列光源产生标准测 试光，经积分球均勾化后输出。2. 根据权利要求1所述的一种工业彩色相机颜色响应测试与校正装置，其特征在于， 所述的RGB三色LED阵列光源由R、G、B三种LED组成，空间交错分布，光学及电学性能参数 一致。3. 根据权利要求1所述的一种工业彩色相机颜色响应测试与校正装置，其特征在于， 所述的LED驱动控制器对RGB三色LED阵列光源中的R、G、B三种LED进行独立恒流控制， 功率连续可调。
【专利摘要】本实用新型公开了一种工业彩色相机颜色响应测试与校正装置，装置包括RGB三色LED阵列光源及LED驱动控制器、积分球、色度计、待检测工业相机、数据采集卡、计算机，具体方法包括如下步骤：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。
【IPC分类】G01J3/46, G01M11/02, G05D25/02
【公开号】CN204831751
【申请号】CN201520571505
【发明人】董宁, 唐世悦, 吴畅, 叶加圣
【申请人】合肥埃科光电科技有限公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年7月29日