机器视觉激光打标机系统彩色照明技术的原理是什么?彩色照明技术

　　自动化集成系统配套服务商-日弘智能今天为大家讲讲机器视觉激光打标机系统彩色照明技术的原理是什么?彩色照明技术。

　　彩色照明技术

　　1 光的三原色和色彩的三原色

　　光的三原色为：R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)。而色彩三原色为：C(青色)、M(品红)和Y(黄色)。光的三原色和色彩的三原色之间呈互补关系。

　　彩色照明，是利用光的三原色和色彩的三原色之互补关系原理的照明技术。

　　光的三原色是红、绿、蓝，即RGB这三种颜色的组合，形成几乎所有的颜色。将这三种原色依次叠加，光线会越加越亮，两两混合可以得到更亮的中间色。三种等量组合可以得到白色。

　　(R)+(G)=(Y);

　　(G)+(B)=(C);

　　(R)+(B)=(M);

　　(R)+(G)+(B)=(W)。

　　颜色是物体的化学结构所固有的光学特性。一切物体呈色都是通过对光的客观反映而实现的。

　　所谓“减色”，是指加入一种原色色料就会减去入射光中的一种原色色光(补色光)。因此，在色料混合时，从复色光中减去一种或几种单色光，呈现另一种颜色的方法称为减色法。如图5所示。

　　当一束白光照射品红滤色片时。根据补色的性质，品红滤色片吸收了R、G、B三色中G，而将剩余R和B透射出来，从而呈现了品红色。

　　(b)为青和品红二原色色料等比例叠加的情况，当白光照射青、品红滤色片时，青滤色片吸收了R，品红滤色片吸收了G，最后只剩下了B，也就是说，青色和品红色色料等比例混合呈现出蓝色，表达式为：(C)+(M)=(B)。

　　同样，青、黄二原色色料等比例混合得到绿色，即(C)+(Y)=(G);品红、黄二原色色料等量混合得到红色，即(M)+(Y)=(R)。

　　而青、品红、黄三种原色色料等比例混合就得到黑色，即(C)+(M)+(Y)=(Bk)。若先将黄色与品红色混合得到中间色红色，然后再与青色混合，上式可以写成：(R)+(C)=(Bk)。

　　类似两种色料相混合成为黑色，这两种色料称为互补色料，这两种颜色称为互补色。其意义在于给青色补充一个红色可以得到黑色;反之，给红色补充一个青色亦成为黑色。除了红、青两色是一对互补色外，在色料中，品红与绿，黄与蓝也各是一对互补色。由于三原色比例的多种变化，构成补色关系的颜色有很多，并不仅限于以上几对，只要两种色料混合后形成黑色，就是一对互补色料。任何色料都有其对应的补色料。

　　不同的物体在白光下呈现不同的颜色，是由于不透明的物体在白光照射之下仅选择性地反射某些颜色，而透明体则仅能选择性的透过某些颜色，其他的色光在反射与透射的过程中均被物体吸收了。因此当这些反射光或透射光进入人的眼睛，就能看见物体呈现相应的颜色。也正是由于物体对不同色光选择性的反射、透射与吸收，一旦白光中混入其他色光不仅会造成偏色，还会改变景物或图片中影调与色调的分布。例如，一旦白光中混入蓝光，蓝色物体由于将额外的蓝光反射出来，显得更鲜艳明亮，而红色物体由于将蓝光吸收，颜色将更灰暗。

　　4.2 颜色的反射与吸收

　　自然界的物体，每一种都呈现一定的颜色。这些颜色是由于光作用于物体才产生的。如果没有光，人就无法看到任何物体的颜色。因此，有光的存在，才有物体颜色的体现。

　　从颜色角度来看，所有物体可以分成两类：一类是能向周围空间辐射光能量的自发光体，即光源，其颜色决定于它所发出光的光谱成分;另一类是不发光体，其本身不能辐射光能量，但能不同程度地吸收、反射或透射投射其上的光能量而呈现颜色。

　　无论哪一种物体，只要受到外来光波的照射，光就会和组成物体的物质微粒发生作用。由于组成物质的分子和分子间的结构不同，使入射的光分成几个部分：一部分被物体吸收，一部分被物体反射，再一部分穿透物体，继续传播。

　　4.2.1 透射

　　透射是入射光经过折射穿过物体后的出射现象。被透射的物体为透明体或半透明体，如玻璃，滤色片等。若透明体是无色的，除少数光被反射外，大多数光均透过物体。

　　为了表示透明体透过光的程度，通常用入射光通量与透过后的光通量之比τ来表征物体的透光性质，τ称为光透射率。

　　从色彩的观点来说，每一个透明体都能够用光谱透射率分布曲线来描述，此光谱透射率分布曲线为一相对值分布。

　　通常在测量透射样品的光谱透射率时，还应以与样品相同厚度的空气层或参比液作为标准进行比较测量。

　　2.2 吸收

　　物体对光的吸收有两种形式：如果物体对入射白光中所有波长的光都等量吸收，称为非选择性吸收。例如白光通过灰色滤色片时，一部分白光被等量吸收，使白光能量减弱而变暗。

　　如果物体对入射光中某些色光比其他波长的色光吸收程度大，或者对某些色光根本不吸收，这种不等量地吸收入射光称为选择性吸收。物体呈现特殊颜色是因为其表面反射光线的结果，反射光的波长使观察者产生了相应的颜色视觉，而其余所有光线被物体吸收。例如，蓝色物体反射蓝色光，吸收红、橙、绿和紫等其余大多数光波。红色物体反射红色光吸收橙、黄、绿、蓝和紫色光，如图6所示。

　　另外表达物体色彩的重要因素是颜色状态和表面效果。比如，物体可以呈球面或平面，阴暗或明亮，透明、不透明或半透明。还可具有金属光泽、珠光、荧光的或磷光的效果。观察角度变化色彩效果也不同。

　　2.3 反射

　　这里所说的反射是指选择反射，非透明体受到光照射后，由于其表面分子结构差异而形成选择性吸收，从而将可见光谱中某一部分波长的辐射能吸收了，而将剩余的色光反射出来，这种物体称为非透过体或反射体。

　　不透明体反射光的程度，可用光反射率ρ来表示。光反射率可以定义为：被物体表面反射的光通量与入射到物体表面的光通量之比。

　　从色彩的观点来说，每一个反射物体对光的反射效应，能够以光谱反射率分布曲线来描述。光谱反射率定义为：在波长λ的光照射下，样品表面反射的光通量与入射光通量之比。

　　物体对光的反射有三种形式：理想镜面的全反射、粗糙表面的漫反射及半光泽表面的吸收反射。

　　理想的镜面能够反射全部的入射光，但以镜面反射角的方向定向反射。完全漫反射体朝各个方向反射光的亮度是相等的。实际生活中绝大多数彩色物体表面，既不是理想镜面，也不是完全漫反射体，而是居二者之中，称为半光泽表面。

　　在机器视觉的照明方式中，运用彩色照明恰到好处，往往能够起到特别的帮助。巧妙地选择照明色及运用补色的手法，可对难以拍摄的物体取得优质的图像。

　　例如，为检验晶片的破损，在红光和绿光两种彩色照明的条件下会得到相差较大的效果。图7(a)为红光照明下所得到的图像，晶片中导线模糊一片。而图7(b)为绿光照明下所得到的图像，晶片上的导线清晰可见，从而得到预想的效果。

　　3 显色性

　　显色性，表示某光源照射到物体上所显出来的颜色与太阳光照射下该物体颜色相符合的程度。也就是说光源能否正确地呈现物体颜色的性能。光源的显色指数用Ra表示。显色性高的光源对颜色表现较好，所见到的颜色也就接近自然色，显色性低的光源对颜色表现较差，所见到的颜色偏差也较大。

　　国际照明委员会CIE把太阳的显色指数定为100，各类光源的显色指数各不相同，如：高压钠灯显色指数Ra=23，荧光灯管显色指数Ra=60～90。

　　显色分两种：忠实显色和效果显色。忠实显色，表示能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数高的光源，其数值接近100，显色性最好。效果显色，表示要鲜明地强调特定色彩，表现美的生活可以利用加色的方法来加强显色效果;采用低色温光源照射，能使红色更加鲜艳;采用中等色温光源照射，使蓝色具有清凉感;采用高色温光源照射，使物体有冷的感觉。

　　显色性指数的高低，就表示物体在待测光源下“变色”和“失真”的程度。例如，在日光下观察一幅画，然后拿到高压汞灯下观察，就会发现，某些颜色已变了色。如粉色变成了紫色，蓝色变成了蓝紫色。因此，在高压汞灯下，物体失去了“真实”颜色，如果在黄色光的低压钠灯底下来观察，则蓝色会变成黑色，颜色失真更厉害，显色指数更低。光源的显色性是由光源的光谱能量分布决定的。日光、白炽灯具有连续光谱，连续光谱的光源均有较好的显色性。

　　研究发现，除连续光谱的光源具有较好的显色性外，由几个特定波长色光组成的混合光源也有很好的显色效果。如450nm的蓝光，540nm的绿光，610nm的橘红光以适当比例混合所产生的白光，虽然为高度不连续光谱，但却具有良好的显色性。用这样的白光去照明各色物体，都能得到很好的显色效果。

　　光源的显色性以一般显色性指数Ra值区分：当Ra值为100～75时，显色优良;当Ra值为75～50时，显色一般;当Ra值为50以下时，显色性差。几种光源的显色指数，如图8所示。

　　光源显色性和色温是光源的两个重要的颜色指标。色温是衡量光源色的指标，而显色性是衡量光源视觉质量的指标。假若光源色处于人们所习惯的色温范围内，则显色性应是光源质量的更为重要的指标。这是因为显色性直接影响着人们所观察到的物体的颜色。

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