LabVIEW色彩定位實(shí)現****品包裝質(zhì)量檢測（實(shí)戰篇—4）

1、原理

色彩定位（Color Location）是指通過(guò)對色彩匹配功能進(jìn)行增強和擴展，以快速定位圖像中特定顏色區域的過(guò)程。

色彩匹配通常將模板色彩與某一已知圖像區域的顏色進(jìn)行對比。與色彩匹配不同，色彩定位可以從圖像中搜索與模板顏色相同或相近的區域，它將顏色匹配的功能擴展到被測對象位置未知的場(chǎng)合。與色彩匹配的實(shí)現過(guò)程類(lèi)似，色彩定位也包括學(xué)習和搜索兩個(gè)過(guò)程。

• 學(xué)習過(guò)程提取要搜索的模板圖像色譜；

• 搜索過(guò)程則會(huì )在采集到的圖像中快速搜索與模板顏色匹配的區域，并返回匹配區域的匹配度。

一般的搜索過(guò)程會(huì )從左到右、從上到下在圖像中逐像素移動(dòng)模板，對于每次移動(dòng)，都使用色彩匹配算法將模板與其覆蓋區域的色譜進(jìn)行比較，并最終根據計算得到的匹配度來(lái)確定與模板顏色相同或相近的區域。

然而，在圖像中逐像素移動(dòng)模板搜索匹配區域的過(guò)程計算量很大且非常耗時(shí)，因此還需要對搜索過(guò)程進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化，才能實(shí)現色彩的快速定位。

不難想到使用由粗到細（Coarse-to-Fine）的方法來(lái)優(yōu)化搜索過(guò)程。具體來(lái)說(shuō)，就是先通過(guò)下采樣和步進(jìn)搜索的方法快速確定可能的候選匹配位置，然后再對各個(gè)候選區域進(jìn)行精細色彩匹配，以最終確定最佳色彩匹配位置。

• 下采樣方法是指在圖像中移動(dòng)模板到某一位置時(shí)，僅用模板所覆蓋的圖像區域中的部分像素顏色信息與模板的色譜進(jìn)行比較；

• 步進(jìn)搜索是指搜索過(guò)程中，模板并非逐像素在圖像中移動(dòng)，而是每次移動(dòng)都會(huì )根據設定的步長(cháng)跳過(guò)多個(gè)像素才進(jìn)行色彩匹配。

基于下采樣和跳躍搜索快速匹配后，可先得到所有可能的候選區域，有時(shí)候這些區域的分值甚至具有很低的匹配分值。然而，在后續的精細匹配過(guò)程中，這些候選區域的匹配度會(huì )再次根據原圖像信息逐像素被更新，從而最終確定最佳匹配區域。下圖顯示了色彩定位的過(guò)程：

基于色彩定位的顏色識別應用，可以從圖像中搜索所有與模板顏色匹配的區域，并為其分配標記。在實(shí)際應用中，很多被測件都含有用顏色編碼的標記，只要預先知道標記的種類(lèi)，并為各種標記找一個(gè)模板圖像，就能從圖像中識別各種標記的類(lèi)別。例如，模具彈簧在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì )根據荷重指標的不同被標記為黃色、藍色、紅色、綠色、棕色等不同的顏色，因此，可以通過(guò)色彩定位在圖像中找到出現的顏色標記，并使用此信息來(lái)確定彈簧的荷重類(lèi)型。

若將色彩定位和機械手臂或電機結合，還可以實(shí)現基于顏色的目標分類(lèi)應用。例如，在彩色鉛筆生產(chǎn)過(guò)程中，可以監測生產(chǎn)線(xiàn)上的鉛筆顏色，由機械手臂挑選出同一顏色的鉛筆。此外，在制****和塑料加工行業(yè)中，也常對膠囊和塑料工件按顏色進(jìn)行分類(lèi)。

2、實(shí)踐

NI Vision使用位于LabVIEW的視覺(jué)與運動(dòng)→Machine Vision→Searching & Matching函數選板中的IMAQ Setup LearnColor Pattern、lMAQ Learn Color Pattern、IMAQ Setup Match Color Pattern和IMAQ Match Color Pattern封裝了色彩定位和色彩模式匹配的學(xué)習和搜索過(guò)程。使用這些函數可創(chuàng )建基于色彩定位的顏色識別、顏色分類(lèi)（Color Sorting）和顏色檢測機器視覺(jué)應用。

函數說(shuō)明及使用可參見(jiàn)幫助手冊： 

色彩定位用于進(jìn)行質(zhì)量檢測時(shí)，一般通過(guò)統計圖像中待測彩色目標的數量并與預期的數量進(jìn)行對比來(lái)判定檢測結果。

通過(guò)一個(gè)使用色彩定位進(jìn)行膠囊包裝質(zhì)量檢測的實(shí)例，它可搜索綠色膠囊的總數，并通過(guò)與預期數量對比來(lái)判斷包裝的****品質(zhì)量是否合格，了解色彩定位的使用方法，程序設計思路如下所示：

• 程序一開(kāi)始先將包含綠色膠囊的模板圖像讀入內存，在調用IMAQ Setup LearnColor Pattern配置了學(xué)習模板的顏色信息的方式后，由IMAQ Learn Color Pattern完成學(xué)習過(guò)程；

• IMAQ Setup Match Color Pattern對色彩定位過(guò)程的各種參數進(jìn)行配置后，While循環(huán)會(huì )逐一將待測圖像文件夾中的圖像讀入內存，并調用IMAQ Match ColorPattern定位其中顏色與模板相同的12個(gè)膠囊；

• 當所封裝的膠囊中含有不同顏色的其他****品或膠囊被漏裝時(shí)，顏色定位過(guò)程返回的結果將不會(huì )是12個(gè)；

• 因為膠囊的確切位置對檢測結果并不重要，因此，通過(guò)色彩定位返回的匹配數即可判斷所包裝的****品是否合格。

程序實(shí)現如下所示：