在爲你的(de)産品開發最适合的(de)機器視覺系統時(shí)，需要考慮很多(duō)因素，以下(xià)列出開發過程中需要考慮的(de)一些問題：首先要考慮的(de)是應用(yòng)程序所需的(de)顔色精度和(hé)差異程度。在某些應用(yòng)中，機器視覺相機必須區(qū)分(fēn)檢測到的(de)顔色和(hé)目标值之間的(de)距離。在這(zhè)一領域，高(gāo)精度機器視覺用(yòng)戶需要比能夠接受較低精度和(hé)差異化(huà)水(shuǐ)平的(de)用(yòng)戶更先進的(de)相機。
如前所述，插值和(hé)低靈敏度是提高(gāo)顔色精度和(hé)差異化(huà)水(shuǐ)平的(de)兩個(gè)主要障礙。插值可(kě)能導緻顔色檢測的(de)細微差異，因爲它需要周圍像素的(de)平均值來(lái)确定每個(gè)像素的(de)顔色值。因此，當機器視覺系統試圖區(qū)分(fēn)細微的(de)顔色差異時(shí)，您可(kě)能不知道顔色的(de)陰影(yǐng)實際上是不同的(de)，或者它們隻是拜耳插值中的(de)變化(huà)。
高(gāo)度的(de)色彩串擾會影(yǐng)響機器視覺相機産生的(de)顔色的(de)精度。高(gāo)階串擾是由拜耳濾波器或二向色棱鏡塗層定義的(de)紅、藍、綠通(tōng)道的(de)光(guāng)譜響應之間相當大(dà)的(de)重疊造成的(de)。當通(tōng)道之間有大(dà)量重疊時(shí)，某些顔色系列，尤其是黃(huáng)或藍綠色系列，會有很大(dà)的(de)不确定性。
▲棱鏡相機中使用(yòng)的(de)二向色塗層比拜耳濾光(guāng)片産生更陡的(de)光(guāng)譜曲線，以最大(dà)限度地減少由色彩串擾引起的(de)不确定性。
當您的(de)機器視覺系統需要區(qū)分(fēn)這(zhè)些顔色的(de)不同色調時(shí)，這(zhè)可(kě)能是非常有問題的(de)。因此，在開發彩色機器視覺系統時(shí)，必須考慮哪些顔色系列對(duì)您的(de)分(fēn)析至關重要，以及機器視覺系統中可(kě)接受的(de)顔色串擾水(shuǐ)平。
光(guāng)照(zhào)水(shuǐ)平和(hé)靈敏度
根據您的(de)應用(yòng)，您的(de)機器視覺系統需要特定級别的(de)感光(guāng)度。拜耳、三線和(hé)棱鏡相機以不同的(de)方式傳輸光(guāng)，所以光(guāng)的(de)靈敏度是不同的(de)。例如，拜耳濾波器不僅由比光(guāng)學棱鏡中使用(yòng)的(de)高(gāo)級玻璃具有更低透射率的(de)材料制成，而且鑲嵌方法也(yě)使得(de)每個(gè)像素僅對(duì)三分(fēn)之一的(de)波長(cháng)敏感。它落在上面了(le)。根據給定像素的(de)确切顔色，這(zhè)可(kě)能會導緻超過一半的(de)光(guāng)照(zhào)在濾光(guāng)片上，并且無法到達傳感器。根據系統的(de)亮度級别和(hé)可(kě)容忍的(de)增益/噪聲級别，您可(kě)以根據應用(yòng)程序選擇最合适的(de)相機。
▲在拜耳相機中，每個(gè)像素上的(de)濾波器阻擋了(le)三分(fēn)之二的(de)光(guāng)譜波長(cháng)，大(dà)大(dà)減少了(le)從場(chǎng)景中捕獲的(de)實際光(guāng)量。通(tōng)過三個(gè)獨立的(de)傳感器，棱鏡相機捕獲與每個(gè)像素相關的(de)100％的(de)光(guāng)。
每一個(gè)使用(yòng)顔色的(de)機器視覺應用(yòng)程序都需要白平衡。如果沒有根據系統使用(yòng)的(de)照(zhào)明(míng)光(guāng)譜調整清晰的(de)基線，則無法準确捕獲真實的(de)顔色值。根據所選機器視覺相機的(de)類型，可(kě)以使用(yòng)不同的(de)白平衡方法。例如，拜耳和(hé)三線相機隻能通(tōng)過在三個(gè)顔色通(tōng)道中的(de)兩個(gè)通(tōng)道上添加增益（放大(dà)）來(lái)平衡白色，以匹配響應最高(gāo)的(de)通(tōng)道。然而，增加增益不僅會使信号倍增，還(hái)會使圖像中的(de)噪聲倍增。然後，由于整體低光(guāng)條件所需的(de)任何額外增益将添加到基線。如果需要超低噪聲，則可(kě)能需要通(tōng)過增加可(kě)用(yòng)光(guāng)的(de)數量或切換到不同的(de)相機類型來(lái)解決此問題。相比之下(xià)，棱鏡相機可(kě)以獨立控制每個(gè)傳感器，包括快(kuài)門速度和(hé)增益。因此，您可(kě)以選擇使用(yòng)快(kuài)門速度進行白平衡-通(tōng)過延長(cháng)兩個(gè)通(tōng)道的(de)曝光(guāng)時(shí)間來(lái)減少響應，或者縮短響應時(shí)間最長(cháng)的(de)兩個(gè)通(tōng)道的(de)曝光(guāng)時(shí)間。如果暴露時(shí)間較長(cháng)，噪聲可(kě)能會略微增加，但增加的(de)幅度比增益小得(de)多(duō)。在某些應用(yòng)中，降噪可(kě)能是使用(yòng)棱鏡相機技術的(de)幾個(gè)原因之一。▲彩色攝像機必須是白平衡的(de)，以避免因照(zhào)明(míng)類型和(hé)色溫而變色。典型的(de)基于增益的(de)白平衡會增加圖像噪聲。棱鏡相機中可(kě)用(yòng)的(de)基于曝光(guāng)的(de)方法對(duì)圖像噪聲的(de)影(yǐng)響要小得(de)多(duō)。
顔色僞像是圖像缺陷 - 通(tōng)常是錯誤著(zhe)色的(de)像素或圖案 - 由圖像的(de)顔色信息的(de)導出方式引起。使用(yòng)估計或插值來(lái)計算(suàn)顔色的(de)相機最有可(kě)能表現出顔色僞影(yǐng)。
然而，即使是産生獨立的(de)R，G和(hé)B值（非插值）的(de)三線性相機，也(yě)會由于梯形失真效應，不平整表面或輕微的(de)時(shí)序變化(huà)引起的(de)空間偏移而産生顔色僞影(yǐng)。由于棱鏡相機具有三個(gè)獨立的(de)傳感器并使用(yòng)單個(gè)光(guāng)學平面來(lái)捕獲圖像，因此使用(yòng)棱鏡相機産生顔色僞影(yǐng)的(de)風險非常低。
顔色混疊是指當具有特定顔色的(de)對(duì)象的(de)線條或邊緣（例如，深藍色對(duì)角線）顯示不同的(de)顔色時(shí)的(de)情況，例如當在像素級别檢查圖像時(shí)沿其邊緣的(de)紅色或黃(huáng)色像素。
這(zhè)個(gè)問題在拜耳相機中最常見，因爲用(yòng)于爲每個(gè)像素分(fēn)配RGB值的(de)插值技術使用(yòng)周圍像素的(de)混合，這(zhè)些像素可(kě)能具有與線或邊緣本身完全不同的(de)顔色。▲當插值沿著(zhe)線和(hé)邊緣産生錯誤著(zhe)色的(de)像素時(shí)，會發生顔色混疊。除了(le)在捕獲單個(gè)邊緣或線時(shí)引起問題時(shí)，當圖像包含精細重複圖案時(shí)，大(dà)規模混疊可(kě)導緻莫爾圖案的(de)出現。雖然任何需要捕獲更高(gāo)空間頻(pín)率的(de)相機都會出現這(zhè)種效果，但拜耳相機 - 再次因爲插值技術 - 更容易出現這(zhè)種情況。▲具有重複顔色混疊的(de)區(qū)域中的(de)人(rén)造顔色圖案可(kě)以出現在拜耳圖像中。對(duì)分(fēn)辨率的(de)影(yǐng)響與單色系統相比，在确定彩色機器視覺系統所需的(de)分(fēn)辨率水(shuǐ)平時(shí)需要特别小心。這(zhè)是因爲拜耳插值等色彩技術大(dà)大(dà)降低了(le)相機的(de)有效分(fēn)辨率。雖然拜耳相機可(kě)能有500萬像素（5百萬像素），但插值過程會“平均”許多(duō)小細節，使有效分(fēn)辨率達到整個(gè)像素數的(de)三分(fēn)之一左右。
根據應用(yòng)程序必須能夠檢測/分(fēn)析的(de)最小特征大(dà)小以及必須涵蓋的(de)視野大(dà)小，有兩種可(kě)能的(de)操作過程：
① 您可(kě)以選擇分(fēn)辨率遠(yuǎn)高(gāo)于類似單色系統的(de)拜耳相機。當然，這(zhè)通(tōng)常帶有更高(gāo)的(de)價格标簽，更昂貴的(de)光(guāng)學器件以及主機上更高(gāo)的(de)處理(lǐ)負荷。
② 您可(kě)以選擇具有與在單色系統上使用(yòng)的(de)基本分(fēn)辨率大(dà)緻相同的(de)棱鏡相機。一個(gè)320萬像素的(de)棱鏡相機實際上是一個(gè)3×320萬像素的(de)攝像頭，帶有三個(gè)獨立的(de)圖像傳感器，總計9.6百萬像素。因此，它可(kě)以産生24位，320萬像素的(de)輸出，而不會像拜耳相機那樣損失分(fēn)辨率。如上所述，棱鏡相機比拜耳相機貴。但與使用(yòng)900萬像素拜耳相機的(de)所有相關成本相比，整體比較變得(de)更加接近。
以上信息僅适用(yòng)于區(qū)域掃描分(fēn)辨率。在線掃描系統的(de)情況下(xià)，三線性和(hé)棱鏡相機都不依賴于插值，因此這(zhè)兩種技術的(de)有效分(fēn)辨率都沒有顯著(zhe)降低。但是，線掃描相機章(zhāng)節中討(tǎo)論的(de)一些問題可(kě)能會影(yǐng)響三線性相機區(qū)分(fēn)小細節以及棱鏡相機的(de)單個(gè)光(guāng)學平面的(de)能力。
在開發機器視覺系統時(shí)，您需要确定哪種顔色空間最适合您的(de)特定應用(yòng)。确切的(de)顔色空間取決于應用(yòng)程序的(de)用(yòng)途以及如何分(fēn)析顔色信息。
例如，簡單地在屏幕上顯示對(duì)象的(de)應用(yòng)程序自然會使用(yòng)标準RGB顔色空間，因爲這(zhè)是所有監視器構造其像素顔色的(de)方式。但是，如果您正在處理(lǐ)印刷材料，像Adobe RGB這(zhè)樣的(de)色彩空間可(kě)能是更好的(de)選擇，因爲它提供了(le)更廣泛的(de)顔色選擇，适合數字印刷。其他(tā)顔色空間如HSI（色調，飽和(hé)度，強度）和(hé)CIE XYZ或CIE L * a * b *顔色空間使用(yòng)數學坐(zuò)标來(lái)描述顔色，以便某些應用(yòng)程序更容易計算(suàn)顔色匹配和(hé)顔色差異在程度和(hé)方向上。
在大(dà)多(duō)數應用(yòng)程序中，您将使用(yòng)主機上的(de)算(suàn)法和(hé)處理(lǐ)資源将來(lái)自攝像機的(de)RGB數據轉換爲最适合您應用(yòng)的(de)色彩空間。但是，在某些情況下(xià)，您可(kě)能希望相機在主機處理(lǐ)資源專注于其他(tā)任務時(shí)執行此轉換。對(duì)于這(zhè)些情況，值得(de)選擇具有内置色彩空間轉換功能的(de)相機。
在某些情況下(xià)，您可(kě)能會發現有意改變顔色的(de)準确性很有價值。如果是這(zhè)樣，在開發機器視覺系統時(shí)，值得(de)考慮色彩增強和(hé)優化(huà)功能。
例如，如果要檢測圖像中的(de)特定偏差或将兩個(gè)對(duì)象彼此區(qū)分(fēn)開來(lái)，有時(shí)可(kě)以幫助增強圖像中的(de)特定顔色。例如，當圖像中的(de)紅色增強時(shí)，可(kě)以更容易地區(qū)分(fēn)血細胞和(hé)組織。使用(yòng)主機上的(de)算(suàn)法捕獲圖像後，可(kě)以增強圖像中的(de)顔色。然而，後處理(lǐ)增強可(kě)能受到原始圖像的(de)飽和(hé)度或對(duì)比度的(de)限制。有些相機配備了(le)色彩優化(huà)功能，允許用(yòng)戶增強特定的(de)主色或互補色，其真實價值高(gāo)達200％（2倍）。系統構建者應該考慮這(zhè)樣的(de)功能是否可(kě)以爲其應用(yòng)程序增加價值，或者有助于将其與競争系統區(qū)分(fēn)開來(lái)。
▲顔色增強功能可(kě)以強調圖像中的(de)特定顔色。
