特定機器視覺(jué)彩色攝像機是否適合您的應用取決于多種因素。在為您的應用開(kāi)發(fā)最合適的彩色機器視覺(jué)系統時(shí)，需要考慮所有這些因素。下面是開(kāi)發(fā)彩色機器視覺(jué)系統時(shí)需要考慮的一些相機問(wèn)題：

顏色準確性/差異化

應該考慮的個(gè)考慮因素是您的應用所需的顏色準確度和差異化程度。在某些應用中，機器視覺(jué)相機能夠區分檢測到的顏色與目標值的距離是至關(guān)重要的。在這一領(lǐng)域需要高精度的機器視覺(jué)用戶(hù)需要比能夠接受較低精度和差異化水平的用戶(hù)更先進(jìn)的相機。

如前所述，插值和低靈敏度是阻礙更高水平的色彩準確度和差異化的兩大障礙。插值可能導致顏色檢測的細微差別，因為它需要周?chē)袼氐钠骄祦?lái)確定每個(gè)像素的顏色值。因此，當您的機器視覺(jué)系統嘗試區分細微的顏色差異時(shí)，您可能不知道顏色的陰影是否實(shí)際上不同，或者它們是否只是拜耳插值的變化。

色彩串擾

高度的色彩串擾會(huì )影響機器視覺(jué)相機可以產(chǎn)生的色彩準確度。高水平的串擾是由拜耳濾色器或二向色棱鏡涂層所定義的紅色，藍色和綠色通道的光譜響應之間相當大的重疊的結果。當通道之間存在大量重疊時(shí)，會(huì )為某些顏色系列產(chǎn)生大量不確定性，特別是那些黃色或藍綠色系列。

▲棱鏡相機中使用的二向色涂層比拜耳濾光片產(chǎn)生更陡的光譜曲線(xiàn)，以較大限度地減少由色彩串擾引起的不確定性。

當您的機器視覺(jué)系統需要區分這些顏色的不同色調時(shí)，這可能會(huì )非常成問(wèn)題。因此，在開(kāi)發(fā)彩色機器視覺(jué)系統時(shí)，重要的是要考慮哪些顏色系列對于您的分析至關(guān)重要，以及機器視覺(jué)系統中可接受的顏色串擾水平。

光照水平和靈敏度

根據您的應用，您的機器視覺(jué)系統將需要特定級別的光敏感度。拜耳，三線(xiàn)和棱鏡相機都以不同的方式傳輸光線(xiàn)，因此光線(xiàn)靈敏度不同。

例如，拜耳濾光片不僅由比光學(xué)棱鏡中使用的高級玻璃提供更低透光率的材料制成，而且鑲嵌方法也使得每個(gè)像素僅對三分之一的波長(cháng)敏感。落在它上面。根據給定像素的確切顏色，這可能導致超過(guò)一半的光照射到濾光器上，從未到達傳感器。

根據系統運行的亮度級別以及可容忍的增益/噪聲級別，您可以根據應用選擇最合適的相機。

▲在拜耳相機中，每個(gè)像素上的濾波器阻擋了三分之二的光譜波長(cháng)，大大減少了從場(chǎng)景中捕獲的實(shí)際光量。通過(guò)三個(gè)獨立的傳感器，棱鏡相機捕獲與每個(gè)像素相關(guān)的100％的光。

白平衡和噪音

每種使用顏色的機器視覺(jué)應用都需要白平衡。如果沒(méi)有根據系統使用的照明光譜調整明確的基線(xiàn)，則無(wú)法準確捕獲真實(shí)的顏色值。取決于所選擇的機器視覺(jué)相機的類(lèi)型，可以使用不同的白平衡方法。

例如，拜耳和三線(xiàn)相機只能通過(guò)向三個(gè)顏色通道中的兩個(gè)添加增益（放大）來(lái)進(jìn)行白平衡，以便匹配具有較高響應的通道。但是，增加增益不僅會(huì )使信號倍增，還會(huì )使圖像中的噪聲倍增。然后，由于整體低光條件所需的任何額外增益將被添加到該基線(xiàn)。如果需要超低噪聲，則可能需要通過(guò)增加可用光量或切換到不同的相機類(lèi)型來(lái)解決此因素。

相比之下，棱鏡相機可以對每個(gè)傳感器進(jìn)行獨立控制，包括快門(mén)速度和增益。這樣就可以選擇使用快門(mén)速度進(jìn)行白平衡 - 通過(guò)延長(cháng)兩個(gè)通道的曝光時(shí)間來(lái)降低響應，或者縮短兩個(gè)通道的響應時(shí)間最長(cháng)的曝光時(shí)間。如果使用更長(cháng)時(shí)間的曝光，噪聲可能會(huì )略微增加，但增加的幅度遠小于增益時(shí)的增加。對于某些應用，噪聲的降低可能是使用棱鏡相機技術(shù)的幾個(gè)理由之一。

▲彩色攝像機需要是白平衡的，以避免因照明類(lèi)型和色溫而變色。典型的基于增益的白平衡會(huì )增加圖像噪聲。棱鏡相機中可用的基于曝光的方法對圖像噪聲的影響要小得多。

顏色偽像

顏色偽像是圖像缺陷 - 通常是錯誤著(zhù)色的像素或圖案 - 由圖像的顏色信息的導出方式引起。使用估計或插值來(lái)計算顏色的相機最有可能表現出顏色偽影。

然而，即使是產(chǎn)生獨立的R，G和B值（非插值）的三線(xiàn)性相機，也會(huì )由于梯形失真效應，不平整表面或輕微的時(shí)序變化引起的空間偏移而產(chǎn)生顏色偽影。由于棱鏡相機具有三個(gè)獨立的傳感器并使用單個(gè)光學(xué)平面來(lái)捕獲圖像，因此使用棱鏡相機產(chǎn)生顏色偽影的風(fēng)險非常低。最常見(jiàn)的顏色工件類(lèi)型是：

顏色混疊

顏色混疊是指當具有特定顏色的對象的線(xiàn)條或邊緣（例如，深藍色對角線(xiàn)）顯示不同的顏色時(shí)的情況，例如當在像素級別檢查圖像時(shí)沿其邊緣的紅色或黃色像素。

這個(gè)問(wèn)題在拜耳相機中最常見(jiàn)，因為用于為每個(gè)像素分配RGB值的插值技術(shù)使用周?chē)袼氐幕旌?，這些像素可能具有與線(xiàn)或邊緣本身完全不同的顏色。

▲當插值沿著(zhù)線(xiàn)和邊緣產(chǎn)生錯誤著(zhù)色的像素時(shí)，會(huì )發(fā)生顏色混疊。

莫爾圖案

除了在捕獲單個(gè)邊緣或線(xiàn)時(shí)引起問(wèn)題時(shí)，當圖像包含精細重復圖案時(shí)，大規?；殳B可導致莫爾圖案的出現。雖然任何需要捕獲更高空間頻率的相機都會(huì )出現這種效果，但拜耳相機 - 再次因為插值技術(shù) - 更容易出現這種情況。

▲具有重復顏色混疊的區域中的人造顏色圖案可以出現在拜耳圖像中。

對分辨率的影響

與單色系統相比，在確定彩色機器視覺(jué)系統所需的分辨率水平時(shí)需要特別小心。這是因為拜耳插值等色彩技術(shù)大大降低了相機的有效分辨率。雖然拜耳相機可能有500萬(wàn)像素（5百萬(wàn)像素），但插值過(guò)程會(huì )“平均”許多小細節，使有效分辨率達到整個(gè)像素數的三分之一左右。

根據應用程序需要能夠檢測/分析的最小特征大小以及需要涵蓋的視野大小，有兩種可能的操作過(guò)程：

1、您可以選擇分辨率遠高于類(lèi)似單色系統的拜耳相機。當然，這通常帶有更高的價(jià)格標簽，更昂貴的光學(xué)器件以及主機上更高的處理負荷。

2、您可以選擇具有與在單色系統上使用的基本分辨率大致相同的棱鏡相機。一個(gè)320萬(wàn)像素的棱鏡相機實(shí)際上是一個(gè)3×320萬(wàn)像素的攝像頭，帶有三個(gè)獨立的圖像傳感器，總計9.6百萬(wàn)像素。因此，它可以產(chǎn)生24位，320萬(wàn)像素的輸出，而不會(huì )像拜耳相機那樣損失分辨率。如上所述，棱鏡相機比拜耳相機貴。但與使用900萬(wàn)像素拜耳相機的所有相關(guān)成本相比，整體比較變得更加接近。

以上信息僅適用于區域掃描分辨率。在線(xiàn)掃描系統的情況下，三線(xiàn)性和棱鏡相機都不依賴(lài)于插值，因此這兩種技術(shù)的有效分辨率都沒(méi)有顯著(zhù)降低。但是，線(xiàn)掃描相機章節中討論的一些問(wèn)題可能會(huì )影響三線(xiàn)性相機區分小細節以及棱鏡相機的單個(gè)光學(xué)平面的能力。

色彩空間和色彩空間轉換

在開(kāi)發(fā)機器視覺(jué)系統時(shí)，您需要確定哪種顏色空間適合您的特定應用。確切的顏色空間取決于應用程序的用途以及如何分析顏色信息。

例如，簡(jiǎn)單地在屏幕上顯示對象的應用程序自然會(huì )使用標準RGB顏色空間，因為這是所有監視器構造其像素顏色的方式。但是，如果您正在處理印刷材料，像Adobe RGB這樣的色彩空間可能是更好的選擇，因為它提供了更廣泛的顏色選擇，適合數字印刷。

其他顏色空間如HSI（色調，飽和度，強度）和CIE XYZ或CIE L * a * b *顏色空間使用數學(xué)坐標來(lái)描述顏色，以便某些應用程序更容易計算顏色匹配和顏色差異在程度和方向上。  

在大多數應用程序中，您將使用主機上的算法和處理資源將來(lái)自攝像機的RGB數據轉換為適合您應用的色彩空間。但是，在某些情況下，您可能希望相機在主機處理資源專(zhuān)注于其他任務(wù)時(shí)執行此轉換。對于這些情況，值得選擇具有內置色彩空間轉換功能的相機。

色彩增強和色彩優(yōu)化

在某些情況下，您可能會(huì )發(fā)現有意改變顏色的準確性很有價(jià)值。如果是這樣，在開(kāi)發(fā)機器視覺(jué)系統時(shí)，值得考慮色彩增強和優(yōu)化功能。

例如，如果要檢測圖像中的特定偏差或將兩個(gè)對象彼此區分開(kāi)來(lái)，有時(shí)可以幫助增強圖像中的特定顏色。例如，當圖像中的紅色增強時(shí)，可以更容易地區分血細胞和組織。

使用主機上的算法捕獲圖像后，可以增強圖像中的顏色。然而，后處理增強可能受到原始圖像的飽和度或對比度的限制。有些相機配備了色彩優(yōu)化功能，允許用戶(hù)增強特定的主色或互補色，其真實(shí)價(jià)值高達200％（2倍）。系統構建者應該考慮這樣的功能是否可以為其應用程序增加價(jià)值，或者有助于將其與競爭系統區分開(kāi)來(lái)。

▲顏色增強功能可以強調圖像中的特定顏色。