1、原理

色彩定位（Color Location）是指通過對色彩匹配功能進(jìn)行增強(qiáng)和擴(kuò)展，以快速定位圖像中特定顏色區(qū)域的過程。

色彩匹配通常將模板色彩與某一已知圖像區(qū)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(qū)域，它將顏色匹配的功能擴(kuò)展到被測對象位置未知的場合。與色彩匹配的實現(xiàn)過程類似，色彩定位也包括學(xué)習(xí)和搜索兩個過程。

• 學(xué)習(xí)過程提取要搜索的模板圖像色譜；

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

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

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

不難想到使用由粗到細(xì)（Coarse-to-Fine）的方法來優(yōu)化搜索過程。具體來說，就是先通過下采樣和步進(jìn)搜索的方法快速確定可能的候選匹配位置，然后再對各個候選區(qū)域進(jìn)行精細(xì)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模板到某一位置時，僅用模板所覆蓋的圖像區(qū)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)搜索是指搜索過程中，模板并非逐像素在圖像中移動，而是每次移動都會根據(jù)設(shè)定的步長跳過多個像素才進(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(qū)域，有時候這些區(qū)域的分值甚至具有很低的匹配分值。然而，在后續(xù)的精細(xì)匹配過程中，這些候選區(qū)域的匹配度會再次根據(jù)原圖像信息逐像素被更新，從而最終確定最佳匹配區(qū)域。下圖顯示了色彩定位的過程：

基于色彩定位的顏色識別應(yīng)用，可以從圖像中搜索所有與模板顏色匹配的區(qū)域，并為其分配標(biāo)記。在實際應(yīng)用中，很多被測件都含有用顏色編碼的標(biāo)記，只要預(yù)先知道標(biāo)記的種類，并為各種標(biāo)記找一個模板圖像，就能從圖像中識別各種標(biāo)記的類別。例如，模具彈簧在生產(chǎn)過程中會根據(jù)荷重指標(biāo)的不同被標(biāo)記為黃色、藍(lán)色、紅色、綠色、棕色等不同的顏色，因此，可以通過色彩定位在圖像中找到出現(xiàn)的顏色標(biāo)記，并使用此信息來確定彈簧的荷重類型。

若將色彩定位和機(jī)械手臂或電機(jī)結(jié)合，還可以實現(xiàn)基于顏色的目標(biāo)分類應(yīng)用。例如，在彩色鉛筆生產(chǎn)過程中，可以監(jiān)測生產(chǎn)線上的鉛筆顏色，由機(jī)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。

2、實踐

NI Vision使用位于LabVIEW的視覺與運動→Machine Vision→Searching & Matching函數(shù)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(xí)和搜索過程。使用這些函數(shù)可創(chuàng)建基于色彩定位的顏色識別、顏色分類（Color Sorting）和顏色檢測機(jī)器視覺應(yīng)用。

函數(shù)說明及使用可參見幫助手冊： 

色彩定位用于進(jìn)行質(zhì)量檢測時，一般通過統(tǒng)計圖像中待測彩色目標(biāo)的數(shù)量并與預(yù)期的數(shù)量進(jìn)行對比來判定檢測結(jié)果。

通過一個使用色彩定位進(jìn)行膠囊包裝質(zhì)量檢測的實例，它可搜索綠色膠囊的總數(shù)，并通過與預(yù)期數(shù)量對比來判斷包裝的****品質(zhì)量是否合格，了解色彩定位的使用方法，程序設(shè)計思路如下所示：

• 程序一開始先將包含綠色膠囊的模板圖像讀入內(nèi)存，在調(diào)用IMAQ Setup LearnColor Pattern配置了學(xué)習(xí)模板的顏色信息的方式后，由IMAQ Learn Color Pattern完成學(xué)習(xí)過程；

• IMAQ Setup Match Color Pattern對色彩定位過程的各種參數(shù)進(jìn)行配置后，While循環(huán)會逐一將待測圖像文件夾中的圖像讀入內(nèi)存，并調(diào)用IMAQ Match ColorPattern定位其中顏色與模板相同的12個膠囊；

• 當(dāng)所封裝的膠囊中含有不同顏色的其他****品或膠囊被漏裝時，顏色定位過程返回的結(jié)果將不會是12個；

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

程序?qū)崿F(xiàn)如下所示：