機器視覺照明系統(tǒng)彩色照明技術(shù)有哪些?光的三原色和色彩的三原色

　　自動化集成系統(tǒng)配套服務(wù)商-日弘智能今天為大家講講機器視覺照明系統(tǒng)彩色照明技術(shù)有哪些?光的三原色和色彩的三原色。

　　1 光的三原色和色彩的三原色

　　光的三原色為：R(紅色)、G(綠色)和B(藍色)。而色彩三原色為：C(青色)、M(品紅)和Y(黃色)。光的三原色和色彩的三原色之間呈互補關(guān)系。

　　彩色照明，是利用光的三原色和色彩的三原色之互補關(guān)系原理的照明技術(shù)。

　　光的三原色是紅、綠、藍，即RGB這三種顏色的組合，形成幾乎所有的顏色。將這三種原色依次疊加，光線會越加越亮，兩兩混合可以得到更亮的中間色。三種等量組合可以得到白色。

　　(R)+(G)=(Y);

　　(G)+(B)=(C);

　　(R)+(B)=(M);

　　(R)+(G)+(B)=(W)。

　　顏色是物體的化學結(jié)構(gòu)所固有的光學特性。一切物體呈色都是通過對光的客觀反映而實現(xiàn)的。

　　所謂“減色”，是指加入一種原色色料就會減去入射光中的一種原色色光(補色光)。因此，在色料混合時，從復(fù)色光中減去一種或幾種單色光，呈現(xiàn)另一種顏色的方法稱為減色法。

　　當一束白光照射品紅濾色片時，如圖5(a)所示。根據(jù)補色的性質(zhì)，品紅濾色片吸收了R、G、B三色中G，而將剩余R和B透射出來，從而呈現(xiàn)了品紅色。

　　圖5(b)為青和品紅二原色色料等比例疊加的情況，當白光照射青、品紅濾色片時，青濾色片吸收了R，品紅濾色片吸收了G，最后只剩下了B，也就是說，青色和品紅色色料等比例混合呈現(xiàn)出藍色，表達式為：(C)+(M)=(B)。

　　同樣，青、黃二原色色料等比例混合得到綠色，即(C)+(Y)=(G);品紅、黃二原色色料等量混合得到紅色，即(M)+(Y)=(R)。

　　而青、品紅、黃三種原色色料等比例混合就得到黑色，即(C)+(M)+(Y)=(Bk)。若先將黃色與品紅色混合得到中間色紅色，然后再與青色混合，上式可以寫成：(R)+(C)=(Bk)。

　　類似兩種色料相混合成為黑色，這兩種色料稱為互補色料，這兩種顏色稱為互補色。其意義在于給青色補充一個紅色可以得到黑色;反之，給紅色補充一個青色亦成為黑色。除了紅、青兩色是一對互補色外，在色料中，品紅與綠，黃與藍也各是一對互補色。由于三原色比例的多種變化，構(gòu)成補色關(guān)系的顏色有很多，并不僅限于以上幾對，只要兩種色料混合后形成黑色，就是一對互補色料。任何色料都有其對應(yīng)的補色料。

　　不同的物體在白光下呈現(xiàn)不同的顏色，是由于不透明的物體在白光照射之下僅選擇性地反射某些顏色，而透明體則僅能選擇性的透過某些顏色，其他的色光在反射與透射的過程中均被物體吸收了。因此當這些反射光或透射光進入人的眼睛，就能看見物體呈現(xiàn)相應(yīng)的顏色。也正是由于物體對不同色光選擇性的反射、透射與吸收，一旦白光中混入其他色光不僅會造成偏色，還會改變景物或圖片中影調(diào)與色調(diào)的分布。例如，一旦白光中混入藍光，藍色物體由于將額外的藍光反射出來，顯得更鮮艷明亮，而紅色物體由于將藍光吸收，顏色將更灰暗。

　　2 顏色的反射與吸收

　　自然界的物體，每一種都呈現(xiàn)一定的顏色。這些顏色是由于光作用于物體才產(chǎn)生的。如果沒有光，人就無法看到任何物體的顏色。因此，有光的存在，才有物體顏色的體現(xiàn)。

　　從顏色角度來看，所有物體可以分成兩類：一類是能向周圍空間輻射光能量的自發(fā)光體，即光源，其顏色決定于它所發(fā)出光的光譜成分;另一類是不發(fā)光體，其本身不能輻射光能量，但能不同程度地吸收、反射或透射投射其上的光能量而呈現(xiàn)顏色。

　　無論哪一種物體，只要受到外來光波的照射，光就會和組成物體的物質(zhì)微粒發(fā)生作用。由于組成物質(zhì)的分子和分子間的結(jié)構(gòu)不同，使入射的光分成幾個部分：一部分被物體吸收，一部分被物體反射，再一部分穿透物體，繼續(xù)傳播。

　　2.1 透射

　　透射是入射光經(jīng)過折射穿過物體后的出射現(xiàn)象。被透射的物體為透明體或半透明體，如玻璃，濾色片等。若透明體是無色的，除少數(shù)光被反射外，大多數(shù)光均透過物體。

　　為了表示透明體透過光的程度，通常用入射光通量與透過后的光通量之比τ來表征物體的透光性質(zhì)，τ稱為光透射率。

　　從色彩的觀點來說，每一個透明體都能夠用光譜透射率分布曲線來描述，此光譜透射率分布曲線為一相對值分布。

　　通常在測量透射樣品的光譜透射率時，還應(yīng)以與樣品相同厚度的空氣層或參比液作為標準進行比較測量。

　　2.2 吸收

　　物體對光的吸收有兩種形式：如果物體對入射白光中所有波長的光都等量吸收，稱為非選擇性吸收。例如白光通過灰色濾色片時，一部分白光被等量吸收，使白光能量減弱而變暗。

　　如果物體對入射光中某些色光比其他波長的色光吸收程度大，或者對某些色光根本不吸收，這種不等量地吸收入射光稱為選擇性吸收。物體呈現(xiàn)特殊顏色是因為其表面反射光線的結(jié)果，反射光的波長使觀察者產(chǎn)生了相應(yīng)的顏色視覺，而其余所有光線被物體吸收。例如，藍色物體反射藍色光，吸收紅、橙、綠和紫等其余大多數(shù)光波。紅色物體反射紅色光吸收橙、黃、綠、藍和紫色光。

　　另外表達物體色彩的重要因素是顏色狀態(tài)和表面效果。比如，物體可以呈球面或平面，陰暗或明亮，透明、不透明或半透明。還可具有金屬光澤、珠光、熒光的或磷光的效果。觀察角度變化色彩效果也不同。

　　2.3 反射

　　這里所說的反射是指選擇反射，非透明體受到光照射后，由于其表面分子結(jié)構(gòu)差異而形成選擇性吸收，從而將可見光譜中某一部分波長的輻射能吸收了，而將剩余的色光反射出來，這種物體稱為非透過體或反射體。

　　不透明體反射光的程度，可用光反射率ρ來表示。光反射率可以定義為：被物體表面反射的光通量與入射到物體表面的光通量之比。

　　從色彩的觀點來說，每一個反射物體對光的反射效應(yīng)，能夠以光譜反射率分布曲線來描述。光譜反射率定義為：在波長λ的光照射下，樣品表面反射的光通量與入射光通量之比。

　　物體對光的反射有三種形式：理想鏡面的全反射、粗糙表面的漫反射及半光澤表面的吸收反射。

　　理想的鏡面能夠反射全部的入射光，但以鏡面反射角的方向定向反射。完全漫反射體朝各個方向反射光的亮度是相等的。實際生活中絕大多數(shù)彩色物體表面，既不是理想鏡面，也不是完全漫反射體，而是居二者之中，稱為半光澤表面。

　　在機器視覺的照明方式中，運用彩色照明恰到好處，往往能夠起到特別的幫助。巧妙地選擇照明色及運用補色的手法，可對難以拍攝的物體取得優(yōu)質(zhì)的圖像。

　　例如，為檢驗晶片的破損，在紅光和綠光兩種彩色照明的條件下會得到相差較大的效果。圖7(a)為紅光照明下所得到的圖像，晶片中導(dǎo)線模糊一片。而圖7(b)為綠光照明下所得到的圖像，晶片上的導(dǎo)線清晰可見，從而得到預(yù)想的效果。

　　3 顯色性

　　顯色性，表示某光源照射到物體上所顯出來的顏色與太陽光照射下該物體顏色相符合的程度。也就是說光源能否正確地呈現(xiàn)物體顏色的性能。光源的顯色指數(shù)用Ra表示。顯色性高的光源對顏色表現(xiàn)較好，所見到的顏色也就接近自然色，顯色性低的光源對顏色表現(xiàn)較差，所見到的顏色偏差也較大。

　　國際照明委員會CIE把太陽的顯色指數(shù)定為100，各類光源的顯色指數(shù)各不相同，如：高壓鈉燈顯色指數(shù)Ra=23，熒光燈管顯色指數(shù)Ra=60～90。

　　顯色分兩種：忠實顯色和效果顯色。忠實顯色，表示能正確表現(xiàn)物質(zhì)本來的顏色需使用顯色指數(shù)高的光源，其數(shù)值接近100，顯色性最好。效果顯色，表示要鮮明地強調(diào)特定色彩，表現(xiàn)美的生活可以利用加色的方法來加強顯色效果;采用低色溫光源照射，能使紅色更加鮮艷;采用中等色溫光源照射，使藍色具有清涼感;采用高色溫光源照射，使物體有冷的感覺。

　　顯色性指數(shù)的高低，就表示物體在待測光源下“變色”和“失真”的程度。例如，在日光下觀察一幅畫，然后拿到高壓汞燈下觀察，就會發(fā)現(xiàn)，某些顏色已變了色。如粉色變成了紫色，藍色變成了藍紫色。因此，在高壓汞燈下，物體失去了“真實”顏色，如果在黃色光的低壓鈉燈底下來觀察，則藍色會變成黑色，顏色失真更厲害，顯色指數(shù)更低。光源的顯色性是由光源的光譜能量分布決定的。日光、白熾燈具有連續(xù)光譜，連續(xù)光譜的光源均有較好的顯色性。

　　研究發(fā)現(xiàn)，除連續(xù)光譜的光源具有較好的顯色性外，由幾個特定波長色光組成的混合光源也有很好的顯色效果。如450nm的藍光，540nm的綠光，610nm的橘紅光以適當比例混合所產(chǎn)生的白光，雖然為高度不連續(xù)光譜，但卻具有良好的顯色性。用這樣的白光去照明各色物體，都能得到很好的顯色效果。

　　光源的顯色性以一般顯色性指數(shù)Ra值區(qū)分：當Ra值為100～75時，顯色優(yōu)良;當Ra值為75～50時，顯色一般;當Ra值為50以下時，顯色性差。幾種光源的顯色指數(shù)。

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