自動(dòng)化集成系統(tǒng)配套服務(wù)商-日弘智能今天為大家講講機(jī)器視覺(jué)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(lán)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(bǔ)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(bǔ)關(guān)系原理的照明技術(shù)。

　　光的三原色是紅、綠、藍(lán)，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(huì)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(xué)結(jié)構(gòu)所固有的光學(xué)特性。一切物體呈色都是通過(guò)對(duì)光的客觀反映而實(shí)現(xiàn)的。

　　所謂“減色”，是指加入一種原色色料就會(huì)減去入射光中的一種原色色光(補(bǔ)色光)。因此，在色料混合時(shí)，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(dāng)一束白光照射品紅濾色片時(shí)，如圖5(a)所示。根據(jù)補(bǔ)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(lái)，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(dāng)白光照射青、品紅濾色片時(shí)，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(shuō)，青色和品紅色色料等比例混合呈現(xiàn)出藍(lán)色，表達(dá)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(bǔ)色料，這兩種顏色稱為互補(bǔ)色。其意義在于給青色補(bǔ)充一個(gè)紅色可以得到黑色;反之，給紅色補(bǔ)充一個(gè)青色亦成為黑色。除了紅、青兩色是一對(duì)互補(bǔ)色外，在色料中，品紅與綠，黃與藍(lán)也各是一對(duì)互補(bǔ)色。由于三原色比例的多種變化，構(gòu)成補(bǔ)色關(guān)系的顏色有很多，并不僅限于以上幾對(duì)，只要兩種色料混合后形成黑色，就是一對(duì)互補(bǔ)色料。任何色料都有其對(duì)應(yīng)的補(bǔ)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(guò)某些顏色，其他的色光在反射與透射的過(guò)程中均被物體吸收了。因此當(dāng)這些反射光或透射光進(jìn)入人的眼睛，就能看見(jiàn)物體呈現(xiàn)相應(yīng)的顏色。也正是由于物體對(duì)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(huì)造成偏色，還會(huì)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(lán)光，藍(lán)色物體由于將額外的藍(lán)光反射出來(lái)，顯得更鮮艷明亮，而紅色物體由于將藍(lán)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(méi)有光，人就無(wú)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(lái)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(wú)論哪一種物體，只要受到外來(lái)光波的照射，光就會(huì)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(gè)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(guò)折射穿過(guò)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(wú)色的，除少數(shù)光被反射外，大多數(shù)光均透過(guò)物體。

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

　　從色彩的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，每一個(gè)透明體都能夠用光譜透射率分布曲線來(lái)描述，此光譜透射率分布曲線為一相對(duì)值分布。

　　通常在測(cè)量透射樣品的光譜透射率時(shí)，還應(yīng)以與樣品相同厚度的空氣層或參比液作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較測(cè)量。

　　2.2 吸收

　　物體對(duì)光的吸收有兩種形式：如果物體對(duì)入射白光中所有波長(zhǎng)的光都等量吸收，稱為非選擇性吸收。例如白光通過(guò)灰色濾色片時(shí)，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(duì)入射光中某些色光比其他波長(zhǎng)的色光吸收程度大，或者對(duì)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?yàn)槠浔砻娣瓷涔饩€的結(jié)果，反射光的波長(zhǎng)使觀察者產(chǎn)生了相應(yīng)的顏色視覺(jué)，而其余所有光線被物體吸收。例如，藍(lán)色物體反射藍(lán)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(lán)和紫色光。

　　另外表達(dá)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(shuō)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(jiàn)光譜中某一部分波長(zhǎng)的輻射能吸收了，而將剩余的色光反射出來(lái)，這種物體稱為非透過(guò)體或反射體。

　　不透明體反射光的程度，可用光反射率ρ來(lái)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(diǎn)來(lái)說(shuō)，每一個(gè)反射物體對(duì)光的反射效應(yīng)，能夠以光譜反射率分布曲線來(lái)描述。光譜反射率定義為：在波長(zhǎng)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(duì)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(gè)方向反射光的亮度是相等的。實(shí)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(jī)器視覺(jué)的照明方式中，運(yùn)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(yùn)用補(bǔ)色的手法，可對(duì)難以拍攝的物體取得優(yōu)質(zhì)的圖像。

　　例如，為檢驗(yàn)晶片的破損，在紅光和綠光兩種彩色照明的條件下會(huì)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(jiàn)，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(lái)的顏色與太陽(yáng)光照射下該物體顏色相符合的程度。也就是說(shuō)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(duì)顏色表現(xiàn)較好，所見(jiàn)到的顏色也就接近自然色，顯色性低的光源對(duì)顏色表現(xiàn)較差，所見(jiàn)到的顏色偏差也較大。

　　國(guó)際照明委員會(huì)CIE把太陽(yáng)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(shí)顯色和效果顯色。忠實(shí)顯色，表示能正確表現(xiàn)物質(zhì)本來(lái)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(qiáng)調(diào)特定色彩，表現(xiàn)美的生活可以利用加色的方法來(lái)加強(qiáng)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(lán)色具有清涼感;采用高色溫光源照射，使物體有冷的感覺(jué)。

　　顯色性指數(shù)的高低，就表示物體在待測(cè)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(huì)發(fā)現(xiàn)，某些顏色已變了色。如粉色變成了紫色，藍(lán)色變成了藍(lán)紫色。因此，在高壓汞燈下，物體失去了“真實(shí)”顏色，如果在黃色光的低壓鈉燈底下來(lái)觀察，則藍(lán)色會(huì)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(gè)特定波長(zhǎng)色光組成的混合光源也有很好的顯色效果。如450nm的藍(lán)光，540nm的綠光，610nm的橘紅光以適當(dāng)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(dāng)Ra值為100～75時(shí)，顯色優(yōu)良;當(dāng)Ra值為75～50時(shí)，顯色一般;當(dāng)Ra值為50以下時(shí)，顯色性差。幾種光源的顯色指數(shù)。

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