一种色散矫正方法、系统及多线真彩相机与流程

本发明涉及工业相机，特别涉及一种色散矫正方法、系统及多线真彩相机。

背景技术：

1、随着机器视觉领域检测效率的不断提高，一方面要求前端图像传感器的数据输出率不断增大，另一方面同时也要求产品流水线（即目标物）的运动速率也不断增加，二者之间需要满足匹配关系以保证所采集图像保持正常的纵横比例。但在某些特殊应用领域如印刷/钞票检测，目标物运动速率极快，而相机输出行频远远达不到（即目标物）运动速率，二者之间存在明显的失配，此时采集的图像就会出现纵向方向上的异常压缩，图像存在极度模糊和色散问题。

2、时间延迟积分是使用多线图像传感器以线阵推扫的方式工作，通过相对移动实现多级像素单元对同一拍摄目标多次曝光，并对多次曝光结果进行累加，使用较短的曝光时间来实现更高的响应度和信噪比。因此，时间延迟积分技术在高速检测与生产领域有广泛的应用。

3、此外，为了满足高速检测的场景对彩色的迫切需求，进而将时间延迟积分技术与彩色图像传感器进行结合。

4、常见的多线彩色图像传感器可以分为真彩色与伪彩色两种，真彩色多线图像传感器一般有3行或更多的像素单元，每行像素单元覆盖的色彩滤波阵列颜色一致，并包括至少一行红色、一行绿色、一行蓝色色彩滤波阵列。真彩色多线图像传感器的系统简单，成本低。因此，真彩色多线图像传感器系统的实际应用受到极大的关注，但高速检测的应用中，仍会出现由于物体运动速率与相机行频不匹配导致的边缘色散问题。

5、中国专利cn116866726b提出了一种tdi相机积分方法、彩色tdi相机积分方法、tdi相机及介质。该专利中，对于彩色tdi相机，通过rgb延迟关系和加权插值算法来完成色散问题的矫正，以解决由于速率不匹配引起的图像色散问题。该专利与本方案的技术手段不同。

6、中国专利cn113824935b提出了一种伪彩色线扫描相机的时间延迟积分方法、装置及设备，以解决现有技术中时间延迟积分无法适用伪彩色多线图像传感器的问题。该专利与本方案的技术问题不同。

7、中国专利cn113824934b提出了一种线扫描相机色彩插值方法、装置、设备及存储介质。该专利通过将两行图像数据叠加，得到每个像素的红绿通道数据或蓝绿通道数据；对每个像素的红绿通道数据或蓝绿通道数据，进行色彩插值处理，得到缺失的蓝通道数据或红通道数据，以输出完整rgb数据；使得插值后图像在垂直方向边缘颜色准确，消除了色散问题。本方案未涉及叠加像素的相关操作步骤，与该专利技术手段不同。

8、cn113824936b公开了一种色彩滤波阵列线扫描相机色彩插值方法、装置、设备及存储介质。该专利将两行图像数据叠加，得到每个像素的红绿通道数据或蓝绿通道数据；对每个像素，使用其左右像素的红绿通道数据或蓝绿通道数据，进行色彩插值处理，得到缺失的蓝通道数据或红通道数据，以输出完整rgb数据。本发明有效提升了插值结果对实际图像的还原度。本方案未涉及利用时间延时积分叠加像素的相关操作步骤，与该专利技术手段不同。

技术实现思路

1、本发明提出一种色散矫正方法、系统及多线真彩相机，可至少解决上述技术问题之一。

2、为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：

3、一种色散矫正方法，所述方法适用于多线真彩相机，所述相机包括至少一组分别用于响应红色光、绿色光、蓝色光的r行、g行、b行，所述方法包括：

4、采用线性插值模型，分别计算任一组中r行、g行、b行的像素值对应的缺失分量；任一像素值对应两个缺失分量；选取r行、g行、b行中任一行作为基准行；

5、除基准行外，基于每一行的像素值，以及该像素值对应的两个缺失分量，分别计算每一行的两个色差、每一行的两个色比；

6、选择颜色相同的色差、色比，分别加权计算基准行的色差、色比；以基准行像素值及基准行的色差、色比，分别计算基准行的色差估计分量、色比估计分量；

7、加权计算相同颜色的基准行对应的缺失分量、色差估计分量、色比估计分量，得到基准行的两个校正分量，以两个校正分量及基准行的像素值，作为色散矫正结果。

8、进一步地，所述相机包括两组及以上分别用于响应红色光、绿色光、蓝色光的r行、g行、b行，还包括：对若干r行的原始像素、g行的原始像素、b行的原始像素分别进行加权计算，以获取一个r行像素、g行像素、b行像素，作为一组像素行。

9、进一步地，所述采用线性插值模型，包括：

10、所述相机在连续曝光过程中，沿被扫描物体的运动方向，第m行像素的第t次曝光后获得的像素值，和第m行像素的第t+1次曝光后获得的像素值进行加权插值后，得到插值基准行像素对应的缺失分量；其中，插值基准行为r行、g行、b行的任一行，m为除插值基准行外的任一行。

11、进一步地，所述计算每一行的两个色差，包括：除基准行外的任一行中，分别以当前行中基准颜色对应的缺失分量减去当前行像素值的差值，作为当前像素值的第一色差；以当前行中基准颜色对应的缺失分量减去另一缺失分量的差值，作为当前像素值的第二色差；以基准行对应的颜色为基准颜色。

12、进一步地，所述每一行的两个色比，包括：除基准行外的任一行中，分别以当前行中基准颜色对应的缺失分量除以当前行像素值的比值，作为当前像素值的第一色比；以当前行中基准颜色对应的缺失分量除以另一缺失分量的比值，作为当前像素值的第二色比；以基准行对应的颜色为基准颜色。

13、进一步地，所述采用线性插值模型之前，还包括：对每一行原始像素延迟行，实现原始像素的整数级延迟，获取r行、g行、b行的像素；其中，任意两个相邻行之间间隔a个像素，所述相机的扫描行频和被扫描物体运动速率之间的速率比为1：n。

14、基于同样的发明构思，本发明还提出一种色散矫正系统，所述系统适用于多线真彩相机，所述系统包括：

15、线性插值模块，采用线性插值模型，分别计算r行、g行、b行的像素对应的缺失分量；任一行像素对应两个缺失分量；

16、色差、色比模块，用于选取r行、g行、b行中任一行作为基准行；除基准行外，基于每一行的像素值，以及该像素值对应的两个缺失分量，分别计算每一行的两个色差、每一行的两个色比；选择颜色相同的色差、色比，分别加权计算基准行的色差、色比；

17、估计分量模块，用于以基准行像素值及基准行的色差、色比，分别计算基准行的色差估计分量、色比估计分量；

18、校正模块，用于加权计算相同颜色的基准行对应的缺失分量、色差估计分量、色比估计分量，得到基准行的两个校正分量，以两个校正分量及基准行的像素值，作为色散矫正结果。

19、进一步地，还包括：

20、延迟模块，用于对r行、g行、b行的原始像素分别延迟行，实现原始像素的整数级延迟，获取r行、g行、b行的像素；其中，任意两个相邻行之间间隔a个像素，所述相机的扫描行频和被扫描物体运动速率之间的速率比为1：n。

21、进一步地，还包括：

22、像素组获取模块，所述相机包括两组及以上分别用于响应红色光、绿色光、蓝色光的r行、g行、b行，用于对若干r行的原始像素、g行的原始像素、b行的原始像素分别进行加权计算，以获取一个r行像素、g行像素、b行像素，作为一组像素行。

23、基于同样的发明构思，本发明还提出一种多线真彩相机，包括：

24、图像传感器，用于采集r行、g行、b行的原始像素；所述图像传感器包括至少一组分别用于响应红色光、绿色光、蓝色光的r行、g行、b行，

25、存储器，用于存储计算机程序；

26、处理器，被设置为运行所述计算机程序以执行如上所述的色散矫正方法。

27、本发明的有益效果如下：

28、本发明所公开的色散矫正方法，采用简单的线性插值结合色差-色比插值算法，可以支持任意速率匹配情况下采集到真实的彩色图像，充分抑制边缘色散问题。

29、本技术所提出的色散矫正方法中仅使用了简单的四则运算，即可完成真彩色输出结果的计算过程，计算开销非常小，易于硬件化，在性能和硬件资源消耗上具有优越性。

30、本技术所提出的色散矫正方法，在所述相机包括两组及以上分别用于响应红色光、绿色光、蓝色光的r行、g行、b行，即获取多组rgb行像素值时，为提高计算效率，还提出对多组rgb行像素进行分组优化的预处理，可根据实际需求及当下资源配置，选择以多组rgb或一组新的r'、g'、b'行像素数据作为数据基础，实现色散矫正计算。

31、本技术所提出的色散矫正方法，还对线阵相机与扫描物体之间因速率不一致，所产生的各行像素值延迟的问题，提出对数据的整数级延迟预处理，以减少计算量，提高计算效率。

32、此外，利用上述色散矫正方法，可以实现成本更低的多线真彩线阵相机。