图像处理中级篇 [1]—— 彩色照相机的效果与预处理

在工业检测中，黑白相机虽应用广泛，但在应对颜色差异检测时往往力不从心。彩色照相机凭借其对色彩信息的精准捕捉，成为复杂场景下的理想选择，而预处理技术则进一步释放了其性能潜力。

一、彩色照相机的效果

检查盖子上的金色标签

可以看到，当工件表面为有光泽的曲面时，使用黑白照相机并不能得到类似人眼所观察到的图像处理效果。 从上面的实物图像可以看到，造成这种现象的原因是标签的亮度不均匀。

如果使用彩色照相机，就可以如右图一样，只提取标签的金色部分。

这是因为，与采用亮度作为处理标准的黑白照相机不同，彩色照相机使用色相（色调）数据进行图像处理。

二、彩色照相机是什么？

对于使用图像传感器的彩色照相机，其中一种是俗称  单板式  的 CCD。为了得到彩色 图像，需要三原色（RGB）信息。CCD  的每一个像素都贴有一种三原色（ R、G  或   B ） 的滤镜。这样，每个像素就可以将 R、G 或 B 的 256 级浓淡数据传送给控制器，控制器利用这些数据进行彩色图像处理。

【关于比色体系】

一种用数值表示颜色的体系，通常用含有三个轴的三维图表加以表示。

比色系统有许多种类，其中采用色调（Hue）、饱和度（Saturation）及亮 度（Value）等 3 要素的HSV模式接近人眼的观察效果，因此适于图像处理。

三、彩色二值化处理

彩色相机的核心优势在于其能捕捉 RGB 三原色的 256 级浓淡信息，形成 1677 万级颜色数据，远超黑白相机的 256 级灰度范围。单板式 CCD 的每个像素都覆盖 RGB 滤镜，能分别感应三原色光，再通过 HSV 色彩模式（色调、饱和度、亮度）处理，更贴近人眼的色彩感知，适合检测金色标签、彩色导线等场景。

彩色二值化处理是彩色相机的重要应用技术，能从千万级颜色中精准提取目标颜色范围。例如，检测线圈中绿色导线的断线时，通过提取绿色并二值化，可清晰显示断线位置；在混合螺丝中计数金色螺丝，彩色二值化能有效区分金色与银色，而这是黑白相机难以实现的。

四、彩色浓淡处理

彩色照相机的信息量是黑白照相机的 8 万倍。如果对于这些信息都进行处理，则需要大量的时间。而用于高速生产线的图像 传感器需要以百分之一秒的时间单位进行图像处理。另外，在一些不适于采用二值化处理的应用中（例如形状搜索、表面损伤 检查等），由于信息量过大，会形成干扰，从而使特征点变得不清晰。为了解决这些问题，开发了一种新的预处理功能，即“ 彩色浓淡处理 ”。

在检测上图的左图所示的浅色图案时，如使用黑白浓淡处理，则只能得到非常淡的图像。但是采用基于颜色数据的彩色浓淡处理后，可以看到，背景成为黑色，淡色部位可以清晰地转换为灰色的图案。在进行标记形状差异或错位检查时，两种处理在效果上的差异一目了然。

五、通过照相机增益调整来优化图像

增益调整是优化图像的方法之一。对于彩色照相机来说，增益调整可以分别调整 R、G、B 三种颜色，因此可以使红色变得更 红、蓝色变得更蓝、而绿色则变得更绿。在区分颜色时，这种调整可以起到良好的效果。

但海量颜色数据会增加处理时间，针对这一问题，彩色浓淡处理技术应运而生。它将彩色图像转换为以目标颜色为最高亮度的 256 级灰度图，在保留颜色特征的同时，大幅减少数据量，满足高速生产线的检测需求。例如，检测浅色图案时，彩色浓淡处理能让浅色部位与黑色背景形成鲜明对比，便于形状差异识别。

各种图像传感器根据其使用目的的不同，会具有不同的预处理功能。利用这些功能，可以将图像转换成适宜的图像。 这些功能不仅适用于黑白照相机，同时还适用于经彩色二值化处理、彩色浓淡处理后的彩色照相机。

下面将介绍其中几种预处理功能。

在实际应用中，彩色相机与预处理技术的结合，能解决传统黑白相机无法应对的复杂检测任务。例如，在高反光曲面工件上检测金色标签，彩色相机可忽略亮度干扰，仅通过色调识别标签，大幅提升检测稳定性。