本发明涉及工业相机技术领域，尤其涉及的是一种工业相机校正方法及系统。
背景技术：
现如今，发光二极管(led)已经得到了广泛的应用，比如显示行业和照明行业。对于显示行业，实现高质量的显示效果，需要对led显示屏的每个显示像素进行亮度和色度的校正；对于照明行业，灯具上的坏点问题会极大的影响灯具质量，传统的人眼观察已经不能满足工业化的需求，对灯具坏点的量化分析显得极为重要，为了满足量化的需求，每个led的亮度和色度的检测是实现量化的必然途径。
目前对彩色ccd相机(拜耳马赛克(bayermosaic)rgb相机)进行标定一般是在暗室中分别用待标定的彩色ccd相机和色度计对摄影用标准白板和标准色板进行测量，将相机采集到的数字图像输入数字图像处理软件读取图像的色彩值(ir，ig，ib)，并将色度计实际测量得到的刺激值(x，y，z)转化为被研究目标像素对应的三刺激值(r，g，b)，最后将得到的三刺激值(r，g，b)与图像的色彩值化(ir，ig，ib)进行比较分析，完成相机的色度学标定。
而如此标定的ccd相机依然存在着下述缺陷：1.相机拍摄时不可避免的四角会有阴影，这是由于镜头特性所决定的；2.相机色度校正时数据没有根据cie提供的标准，导致与人眼视觉曲线不符；3.亮度校正过程没有充分利用多组数据，导致结果不可靠。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种工业相机校正方法及系统，可消除四角阴影，并提升色度、亮度的准确性。
为解决上述问题，本发明提出一种工业相机校正方法，包括以下步骤：
s1：利用积分球，待校准工业相机拍摄一幅白场图片，根据亮度差异提取中间区域及四个角落区域的各像素点rgb三通道值，对中间区域的各像素点rgb三通道值取均值，利用均值与四个角落区域的各像素点rgb三通道值来计算均匀场校准系数矩阵，以实现待校准工业相机的rgb三通道的均匀场校正；
s2：利用同一标准色板，标准色度计和待校准工业相机拍摄所述标准色板，标准色度计采集到标准色板上各个色块的颜色三刺激值，待校准工业相机采集到标准色板上各个色块的rgb值，根据所述各个色块的颜色三刺激值进行多项式拟合得到拟合数据，根据拟合数据与所述各个色块的rgb值求得色度校准系数矩阵，以实现待校准工业相机的rgb三通道的色度矫正；
s3：利用积分球，并通过一rgbw四通道的灯具照亮所述积分球内部，控制所述rgbw四通道的灯具的w通道变化，待校准工业相机在每个阶段采集各个亮度阶的rgb值，标准色度计在每个阶段拍摄得到若干颜色三刺激值，以各个颜色三刺激值与各个亮度阶的rgb值的最大距离最小化为目标函数，利用最小二乘法求出亮度校准系数矩阵，以实现待校准工业相机的rgb三通道的亮度矫正。
根据本发明的一个实施例，所述积分球的内部中空且呈白色，所述积分球上具有用以设置灯具的灯具照射口及用以设置标准色度计或待校准工业相机的拍摄口；
所述步骤s1中，所述灯具照射口上接入灯具以照亮所述积分球的中空内部；所述拍摄口上接入待校准工业相机，且待校准工业相机的拍摄方向朝向所述积分球的球心位置，拍摄得到一幅白场图片；
所述步骤s3中，所述灯具照射口上接入一rgbw四通道的灯具以照亮所述积分球的中空内部，且控制所述rgbw四通道的灯具的w通道变化；所述拍摄口同时接入所述待校准工业相机和标准色度计。
根据本发明的一个实施例，所述步骤s3中，控制所述rgbw四通道的灯具的w通道在0-255范围内从0开始依次递增16来变化，从而所述待校准工业相机在每个变化点进行采集得到17张图片，共17组不同亮度阶的rgb值，所述标准色度计在每个变化点进行采集得到对应的17组颜色刺激值，以所述对应的17组颜色刺激值和17组不同亮度阶的rgb值的最大距离最小化为优化目标，通过最小二乘法计算出rgb值的亮度校准系数矩阵。
根据本发明的一个实施例，所述步骤s3中，
标准色度计所测量而直接得到17组色坐标(x，y)及亮度值l，用于计算得到颜色刺激值x0、y0、z0分别为：y0＝l，x0＝l/y*x，z0＝l/y*(1-x-y)；
得到ciexyz_in＝[x0，y0，z0]’，其为3*17阶矩阵；
工业相机采集17组不同亮度阶的rgb值，得到rgb＝[r，g，b]’，其为3*17阶矩阵；
建立目标函数f＝(ciexyz_in-cons_a*rgb)^2，根据最小二乘法求取该目标函数的最小值，此时的cons_a为所求的rgb值的亮度校准系数矩阵。
根据本发明的一个实施例，所述步骤s2中，所述标准色度计、待校准工业相机与所述标准色板的中心色块处于同一直线排布，并在暗室中进行操作，所述标准色板通过一灯具照亮。
根据本发明的一个实施例，所述标准色板具有24个色块，所述步骤s2中，
所述标准色度计逐个采集24个色块的颜色三刺激值，根据第i个色块的颜色三刺激值xi、yi、zi进行多项式拟合得到拟合数据v，其中，v＝(v1，v2，…，vi，…，vn)，vi＝(xi，yi，zi，(xiyi)^0.5，(xizi)^0.5，(yizi)^0.5，1)，n＝标准色板上色块的数量；
所述待校准工业相机整体拍摄所述标准色板得到一幅图片，采集到标准色板上各个色块的rgb值，其中第i个色块的rgb值为r0i、g0i、b0i；
根据拟合数据v与所述各个色块的rgb值求得色度校准系数矩阵a：
x＝at*v，其中，at为代求的色度校准系数矩阵的转置矩阵，
a的求解方程为a＝(v*vt)-1(v*xt)。
根据本发明的一个实施例，
所述步骤s2中的待校准工业相机采集到标准色板上各个色块的rgb值和s3中的待校准工业相机在每个阶段采集各个亮度阶的rgb值，是待校准工业相机已经根据步骤s1中的均匀场校准系数矩阵完成rgb三通道的均匀场校正的基础上进行的；
在所述步骤s2和s3执行完之后还包括步骤s4：将所述色度校准系数矩阵及亮度校准系数矩阵相乘作为所述待校准工业相机的rgb校准参数。
根据本发明的一个实施例，所述步骤s1、s2和s3独立进行；
在所述步骤s1、s2和s3执行完之后还包括步骤s4：将所述均匀场校准系数矩阵、色度校准系数矩阵及亮度校准系数矩阵相乘作为所述待校准工业相机的rgb校准参数。
本发明还提供一种工业相机校正系统，包括：标准色板，色度计、灯具、积分球及控制器；
待校准工业相机和所述色度计可同时接入所述积分球的拍摄口，所述灯具可接入至所述积分球的灯具照射口；
第一校正场景下，所述待校准工业相机接入所述积分球的拍摄口进行拍摄，所述灯具接入至所述积分球的灯具照射口进行照明，待校准工业相机拍摄一幅白场图片；所述控制器根据亮度差异提取中间区域及四个角落区域的各像素点rgb三通道值，对中间区域的各像素点rgb三通道值取均值，利用均值与四个角落区域的各像素点rgb三通道值来计算均匀场校准系数矩阵，以实现待校准工业相机的rgb三通道的均匀场校正；
第二校准场景下，在暗室内灯具照亮所述标准色板，标准色度计和待校准工业相机拍摄同一所述标准色板；标准色度计采集到标准色板上各个色块的颜色三刺激值，待校准工业相机采集到标准色板上各个色块的rgb值；所述控制器根据所述各个色块的颜色三刺激值进行多项式拟合得到拟合数据，根据拟合数据与所述各个色块的rgb值求得色度校准系数矩阵，以实现待校准工业相机的rgb三通道的色度矫正；
第三校准场景下，所述待校准工业相机和所述标准色度计同时接入所述积分球的拍摄口进行拍摄，所述灯具接入至所述积分球的灯具照射口进行照明，所述灯具选为rgbw四通道的灯具并照亮所述积分球内部；控制器控制所述rgbw四通道的灯具的w通道变化，待校准工业相机在每个阶段采集各个亮度阶的rgb值，标准色度计在每个阶段拍摄得到若干颜色三刺激值；所述控制器以各个颜色三刺激值与各个亮度阶的rgb值的最大距离最小化为目标函数，利用最小二乘法求出亮度校准系数矩阵，以实现待校准工业相机的rgb三通道的亮度矫正。
采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：
本发明实施例中，通过设置均匀场校正场景，在均匀的亮度场景中拍摄的图像，并从中提取四角阴影，根据中间区域来消除四角阴影，以排除因为镜头本身原因造成的亮度测量误差；将色度和亮度的标定分开进行，色度计和待校准工业相机使用同一标准色板进行色度及rgb数据采集，并利用多项式拟合方式对色度进行拟合，而不进行取极值操作，能够使用到所有的色板数据，结果更为准确，亮度标定中通过目标优化，采用最小二乘法计算，减小亮度误差。
附图说明
图1为本发明实施例的工业相机校正方法的流程示意图；
图2为本发明实施例的一种校准场景的示意图；
图3为本发明实施例的另一种校准场景的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
参看图1，在一个实施例中，工业相机校正方法可以包括以下步骤：
s1：利用积分球，待校准工业相机拍摄一幅白场图片，根据亮度差异提取中间区域及四个角落区域的各像素点rgb三通道值，对中间区域的各像素点rgb三通道值取均值，利用均值与四个角落区域的各像素点rgb三通道值来计算均匀场校准系数矩阵，以实现待校准工业相机的rgb三通道的均匀场校正；
s2：利用同一标准色板，标准色度计和待校准工业相机拍摄所述标准色板，标准色度计采集到标准色板上各个色块的颜色三刺激值，待校准工业相机采集到标准色板上各个色块的rgb值，根据所述各个色块的颜色三刺激值进行多项式拟合得到拟合数据，根据拟合数据与所述各个色块的rgb值求得色度校准系数矩阵，以实现待校准工业相机的rgb三通道的色度矫正；
s3：利用积分球，并通过一rgbw四通道的灯具照亮所述积分球内部，控制所述rgbw四通道的灯具的w通道变化，待校准工业相机在每个阶段采集各个亮度阶的rgb值，标准色度计在每个阶段拍摄得到若干颜色三刺激值，以各个颜色三刺激值与各个亮度阶的rgb值的最大距离最小化为目标函数，利用最小二乘法求出亮度校准系数矩阵，以实现待校准工业相机的rgb三通道的亮度矫正。
下面结合附图对本发明实施例的工业相机校正方法进行更详细的描述。
在步骤s1中，可参照图3的场景设备。积分球5是中空球体，在球的内表面涂有无波长选择性的(均匀)漫反射性的白色涂料，在球内任一方向上的照度均相等。由于积分球5是一个暗室，因而需要灯具进行照亮，灯具4例如可以为d65光源，产生白光，从而待校准工业相机可以从积分球中拍摄出一幅白场图片，且由于照度是均匀的，则待校准工业相机1所拍摄的白场图片的四个角落区域的阴影则可避开场景所带来的影响。工业相机例如是ccd。
由于相机特性的影响，在白场图片中会在四个角落区域存在一定的阴影，由于亮度的差异可以将白场图片明显地分割出中间区域和四个角落区域，中间区域可以离四个角落区域存在间隔，以避免数据的干扰，从而可以根据亮度差异提取中间区域及四个角落区域的各像素点rgb三通道值，对中间区域的各像素点rgb三通道值取均值得到r_aver_cente、g_aver_cente、b_aver_cente，利用均值r_aver_cente、g_aver_cente、b_aver_cente与四个角落区域的各像素点rgb三通道值来计算均匀场校准系数矩阵，可以将各个像素点的rgb三通道值分别与r_aver_cente、g_aver_cente、b_aver_cente相除，得到各个像素点的rgb三通道的校准系数，则全部像素点整体便可构成一均匀场校准系数矩阵，以实现待校准工业相机的rgb三通道的均匀场校正。均匀场校正时，可以用均匀场校准系数矩阵乘以实际rgb值来完成。
接着执行步骤s2，在步骤s2中，可以参照图2的场景设备。标准色板3或称为色彩测试标板，其上具有色彩不同的色块，具体数量可选。在执行步骤s2时，图2的场景设备是处于暗室之中，标准色板由灯具来照亮，使得色板上照度均匀。
标准色度计2和待校准工业相机1拍摄的是同一块所述标准色板。标准色度计2采集到标准色板3上各个色块的颜色三刺激值，该颜色三刺激值当然可以根据标准色度计2所直接测得的数据转换而得。待校准工业相机1采集到标准色板3上各个色块的rgb值，由于色块上通常具有若干像素点，此时各个色块的rgb值可以根据该色块上对应的像素点的rgb值的统计值来确定，例如是均值。
根据标准色度计3采集的所述各个色块的颜色三刺激值进行多项式拟合得到拟合数据，根据拟合数据与待校准工业相机1采集的所述各个色块的rgb值求得色度校准系数矩阵，以实现待校准工业相机1的rgb三通道的色度矫正。色度校正时，同样可以用色度校准系数矩阵乘以色块实际rgb值来完成。
接着执行步骤s3，当然，步骤s2和步骤s3是可调换的。在步骤s3中，可参照图3的场景设备，不同之处在于，在步骤s3中，标准色度计2和待校准工业相机1是需要同时测量的，且对于灯具4是有一定的要求的，需要是一个rgbw四通道灯具，w通道的数值是在0-255间可控的。当然，设备可以是同一套。
rgbw四通道的灯具4照亮所述积分球内部，控制所述rgbw四通道的灯具4的w通道变化，待校准工业相机1在每个阶段采集各个亮度阶的rgb值，标准色度计2在每个阶段拍摄得到若干颜色三刺激值，以各个颜色三刺激值与各个亮度阶的rgb值的最大距离最小化为目标函数，利用最小二乘法求出亮度校准系数矩阵，以实现待校准工业相机1的rgb三通道的亮度矫正。
本发明实施例中，通过设置均匀场校正场景，在均匀的亮度场景中拍摄的图像，并从中提取四角阴影，根据中间区域来消除四角阴影，以排除因为镜头本身原因造成的亮度测量误差；将色度和亮度的标定分开进行，标准色度计2和待校准工业相机1使用同一标准色板进行色度及rgb数据采集，并利用多项式拟合方式对色度进行拟合，而不进行取极值操作，能够使用到所有的色板数据，结果更为准确，亮度标定中通过目标优化，采用最小二乘法计算，减小亮度误差。
在一个实施例中，所述积分球5的内部中空且呈白色，所述积分球5上具有用以设置灯具4的灯具照射口及用以设置标准色度计2或待校准工业相机1的拍摄口；
所述步骤s1中，所述灯具照射口上接入灯具4以照亮所述积分球5的中空内部；所述拍摄口上接入待校准工业相机1，且待校准工业相机1的拍摄方向朝向所述积分球5的球心位置，拍摄得到一幅白场图片；当然可以多拍摄几幅再进行选择；
所述步骤s3中，所述灯具照射口上接入一rgbw四通道的灯具4以照亮所述积分球的中空内部，且控制所述rgbw四通道的灯具4的w通道变化；所述拍摄口同时接入所述待校准工业相机1和标准色度计2，在灯具4的w通道变化过程中，待校准工业相机1和标准色度计2同时进行数据采集。
优选的，所述步骤s3中，控制所述rgbw四通道的灯具4的w通道在0-255范围内从0开始依次递增16来变化，即在变化到0、15、31、...…、255这些点时，待校准工业相机1和标准色度计2都进行采集，从而所述待校准工业相机1在每个变化点进行采集得到17张图片，共17组不同亮度阶的rgb值，所述标准色度计2在每个变化点进行采集得到对应的17组颜色刺激值，以所述对应的17组颜色刺激值和17组不同亮度阶的rgb值的最大距离(即最大差值)最小化为优化目标，通过最小二乘法计算出rgb值的亮度校准系数矩阵。
更具体的，所述步骤s3中，
标准色度计2所测量而直接得到17组色坐标(x，y)及亮度值1，用于计算得到颜色刺激值x0、y0、z0分别为：y0＝l，x0＝l/y*x，z0＝l/y*(1-x-y)；
得到ciexyz_in＝[x0，y0，z0]’，其为3*17阶矩阵；
待校准工业相机1采集17组不同亮度阶的rgb值，得到rgb＝[r，g，b]’，其为3*17阶矩阵；
建立目标函数f＝(ciexyz_in-cons_a*rgb)^2，根据最小二乘法求取该目标函数的最小值，此时的cons_a为所求的rgb值的亮度校准系数矩阵。
计算出cons_a后，可通过矩阵相乘来获得校准后的rgb值：ciexyz-out＝cons-a*rgb。
在一个实施例中，所述步骤s2中，所述标准色度计2、待校准工业相机1与所述标准色板3的中心色块处于同一直线排布，并在暗室中进行操作，所述标准色板3通过一灯具4照亮。
优选的，所述标准色板3具有24个色块，所述步骤s2中，
所述标准色度计2逐个采集24个色块的颜色三刺激值，根据第i个色块的颜色三刺激值xi、yi、zi进行多项式拟合得到拟合数据v，其中，v＝(v1，v2，…，vi，…，vn)，vi＝(xi，yi，zi，(xiyi)^0.5，(xizi)^0.5，(yizi)^0.5，1)，n＝标准色板上色块的数量；
所述待校准工业相机1整体拍摄所述标准色板得到一幅图片，采集到标准色板上各个色块的rgb值，其中第i个色块的rgb值为r0i、g0i、b0i；
根据拟合数据v与所述各个色块的rgb值求得色度校准系数矩阵a：
x＝at*v，其中，at为代求的色度校准系数矩阵的转置矩阵，
a的求解方程为a＝(v*vt)-1(v*xt)。
在一个实施例中，所述步骤s2中的待校准工业相机1采集到标准色板3上各个色块的rgb值和s3中的待校准工业相机1在每个阶段采集各个亮度阶的rgb值，是待校准工业相机1已经根据步骤s1中的均匀场校准系数矩阵完成rgb三通道的均匀场校正的基础上进行的；
在所述步骤s2和s3执行完之后还包括步骤s4：将所述色度校准系数矩阵及亮度校准系数矩阵相乘作为所述待校准工业相机1的rgb校准参数。先对待校准工业相机1进行均匀场校正，而后再进行色度校准系数矩阵及亮度校准系数矩阵所需数据的采集，可使色度校准及亮度校准避免受到四角阴影的影响。
在另一个实施例中，所述步骤s1、s2和s3独立进行；
在所述步骤s1、s2和s3执行完之后还包括步骤s4：将所述均匀场校准系数矩阵、色度校准系数矩阵及亮度校准系数矩阵相乘作为所述待校准工业相机的rgb校准参数。
本发明还提供一种工业相机校正系统，包括：标准色板，色度计、灯具、积分球及控制器；
待校准工业相机和所述色度计可同时接入所述积分球的拍摄口，所述灯具可接入至所述积分球的灯具照射口；
第一校正场景下，所述待校准工业相机接入所述积分球的拍摄口进行拍摄，所述灯具接入至所述积分球的灯具照射口进行照明，待校准工业相机拍摄一幅白场图片；所述控制器根据亮度差异提取中间区域及四个角落区域的各像素点rgb三通道值，对中间区域的各像素点rgb三通道值取均值，利用均值与四个角落区域的各像素点rgb三通道值来计算均匀场校准系数矩阵，以实现待校准工业相机的rgb三通道的均匀场校正；
第二校准场景下，在暗室内灯具照亮所述标准色板，标准色度计和待校准工业相机拍摄同一所述标准色板；标准色度计采集到标准色板上各个色块的颜色三刺激值，待校准工业相机采集到标准色板上各个色块的rgb值；所述控制器根据所述各个色块的颜色三刺激值进行多项式拟合得到拟合数据，根据拟合数据与所述各个色块的rgb值求得色度校准系数矩阵，以实现待校准工业相机的rgb三通道的色度矫正；
第三校准场景下，所述待校准工业相机和所述标准色度计同时接入所述积分球的拍摄口进行拍摄，所述灯具接入至所述积分球的灯具照射口进行照明，所述灯具选为rgbw四通道的灯具并照亮所述积分球内部；控制器控制所述rgbw四通道的灯具的w通道变化，待校准工业相机在每个阶段采集各个亮度阶的rgb值，标准色度计在每个阶段拍摄得到若干颜色三刺激值；所述控制器以各个颜色三刺激值与各个亮度阶的rgb值的最大距离最小化为目标函数，利用最小二乘法求出亮度校准系数矩阵，以实现待校准工业相机的rgb三通道的亮度矫正。
关于本发明实施例的工业相机校正系统可以参看前述实施例中关于工业相机校正方法部分的描述内容，在此不再赘述。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。