含LED的仪表产品的机器视觉检测系统设计.pdf

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1、含LED的仪表产品的机器视觉检测系统设计摘要：在用于产品检测的程控针床上使用USB工业彩色摄像头，可以在生产环境下对仪表的LED器件进行颜色识别。基于HSV颜色空间方法分析采样数据，对产品中用到的6种不同颜色的LED均能有效区分。系统白平衡以PhilipsD65灯管为参照标准调整。本系统在遮光及非直射自然光条件下，具有良好的准确性及抗干扰性。关键词：工业摄像头，程控针床，HSV颜色空间，白平衡1、引言发光二极管，即Light-EmittingDiode，简称LED，是一种能发光的半导体电子元件。因为LED光源亮度

2、高，可控性好，而且具有节能、长寿、环保等优点，所以在现代汽车仪表产品中，已大量使用LED作为发光源。但因为它是光信号，不能通过常规电检完成。LED发光状态以及其颜色，通常都只能通过工人肉眼判断。这种检测方式容易造成人员眼睛过于疲劳，极有可能造成故障漏检而被错误放行，最终产品的质量无法保证。OpenCV的全称是OpenSourceComputerVisionLibrary，是一个跨平台的计算机视觉库。OpenCV是由英特尔公司发起并参与开发，以BSD许可证授权发行，可以在商业和研究领域中免费使用。OpenCV可用于

3、开发实时的图像处理、计算机视觉以及模式识别程序。我们在OpenCV软件库的基础上，开发了基于工业彩色摄像头的仪表产品生产检测机器视觉系统。通过程控针床控制被检仪表的LED分批点亮，由工业彩色摄像同步拍摄对应的仪表相片，通过区域色彩分析可以判断出指定位号的LED的工作状态。可识别数据有：是否点亮、颜色等。2、检测原理颜色空间按照基本结构可以分两大类，即：基色颜色空间和色、亮分离颜色空间。前者的典型是RGB，还包括CMY、CMYK、CIEXYZ等，而后者包括YCC/YUV、Lab、以及一批以HSV为代表的“色相类颜色

4、空间”。基色颜色空间主要是应用于颜色显示领域，而色亮度分离的颜色空间主要应用于颜色识别领域。色、亮分离颜色空间中的子类型“色相类颜色空间”，它是把颜色分成一个表亮属性，和两个表色属性。基中一个表色属性为色相，而色相以外的另外两个属性可以选用不同的变量来定义，而色相的概念保持不变。因此只需要测算出颜色的色相，即可用于判断颜色。另外一个表色属性是色饱和度，也称为色纯度；而表亮属性只与亮度有关，与颜色属性无关。图一：色相分度示意图彩色摄像头的直接采样数据是RGB三通道数据，不能直接用于颜色判断，需转换到色、亮度分离的颜

5、色空间，这里我们选用的是HSV颜色空间。HSV颜色空间【HSI（Hue，SaturationandValue）颜色空间】图二：HSV颜色空间HSV（hue，saturation，value）表示色相、饱和度和亮度值，这个颜色空间的模型对应于圆柱坐标系中的一个圆锥形子集，圆锥的顶面对应于V=1。它包含RGB模型中的R=1，G=1，B=1三个面，所代表的颜色较亮。色彩H由绕V轴的旋转角给定。红色对应于角度0°，绿色对应于角度120°，蓝色对应于角度240°。在HSV颜色模型中，每一种颜色和它的补色相差180°。饱和度

6、S取值从0到1，所以圆锥顶面的半径为1。HSV颜色模型所代表的颜色域是CIE色度图的一个子集，这个模型中饱和度为百分之百的颜色，其纯度一般小于百分之百。在圆锥的顶点（即原点）处，V=0，H和S无定义，代表黑色。圆锥的顶面中心处S=0，V=1，H无定义，代表白色。从该点到原点代表亮度渐暗的灰色，即具有不同灰度的灰色。对于这些点，S=0，H的值无定义。可以说，HSV模型中的V轴对应于RGB颜色空间中的主对角线。在圆锥顶面的圆周上的颜色，V=1，S=1，这种颜色是纯色。HSV模型对应于画家配色的方法。画家用改变色浓和色

7、深的方法从某种纯色获得不同色调的颜色，在一种纯色中加入白色以改变色浓，加入黑色以改变色深，同时加入不同比例的白色，黑色即可获得各种不同的色调。通常把色调和饱和度通称为色度，用来表示颜色的类别与深浅程度。从RGB到HSV的转换设（r，g，b）分别是一个颜色的红、绿和蓝三通道坐标，它们的值是在0到1之间的实数。设max等价于r、g、b中的最大者，设min等于这些值中的最小者。要找到在HSV空间中的（h，s，v）值，这里的h∈[0，360）度是角度的色相角，而s，v∈[0，1]是饱和度和亮度值，计算为：h的值通常规范化

8、到位于0到360°之间。而h=0是特例，用于max=min的（就是灰色）时候。HSV颜色的h、s和v的值定义如下：从HSV到RGB的转换类似的，给定在HSV中（h，s，v）值定义的一个颜色，带有如上的h，和分别表示饱和度和明度的s和v变化于0到1之间，在RGB空间中对应的（r，g，b）三原色可以计算为：对于每个颜色向量（r，g，b），综上所述，通过颜色空间转换以后，工业相