Technical Knowledge

Machine Vision Lighting Principle
Color of Light and Color of Object

ช่วงแสงที่คนมองเห็นจะอยู่ในช่วงประมาณ 500 นาโนเมตรถึงประมาณ 700 นาโนเมตร ส่วนกล้องในชีวิตสั้นสามารถที่จะรับแสงได้ตั้งแต่ย่าน UV ก็คือต่ำกว่า 300 นาโนเมตรจนถึงย่าน ir คือสูงกว่า 800 นาโนเมตร ซึ่งเราเรียกความสามารถแบบนี้ว่าเป็น Sensor sensitivity เป็นความไวของเซ็นเซอร์ที่อยู่ในกล้องซึ่งผู้ผลิตแต่ละยี่ห้อจะระบุมา สามารถที่จะหาดูได้จาก Data sheet ของแต่ละยี่ห้อ

จากรูปแสดงแม่สีของวัตถุ Object Color และแม่สีของแสง Light Color ซึ่งในส่วนของแม่สีของวัตถุจะประกอบไปด้วยสี Magenta, Cyan, Yellow และแม่สีของแสงจะประกอบไปด้วย Red, Green, Blue เราจะเห็นว่าถ้าเรานำแม่สีของวัตถุมารวมกันก็จะทำให้วัตถุนั้นกลายเป็นสีดำ สำหรับแม่สีของแสงถ้าเรานำเอาแสงมารวมกัน RGB เราก็จะได้แสงสีขาว นั่นหมายความว่าโดยธรรมชาติใช้สีขาวที่เราเห็นจะประกอบด้วยแม่สี RGB ครบอยู่หรือถ้าแยกเป็นเฉดย่อยๆ ก็คือสีรุ้งนั่นเอง

จากรูป เราทดลองเพื่อหาความสัมพันธ์ของสีของแสงและสีของวัตถุโดยการนำแสงสีแดง สีเขียว สีน้ำเงิน ฉายลงบนมะเขือเทศซึ่งมีทั้งมะเขือเทศสีเขียวและสีแดง ภาพตรงกลางเป็นภาพที่ถ่ายด้วยกล้องสีเราพบว่ากล้องสีจะตรวจจับสีของแสงซึ่งทำให้ภาพเปลี่ยนสีไปตามสีของแสงที่เราใช้ลงบนมะเขือเทศ ส่วนภาพทางขวามือเราใช้กล้องขาวดำเราจะพบว่าภาพที่ได้จะมีความสัมพันธ์กันอย่างชัดเจนของสีของแสงและสีของวัตถุ ถ้าเราใช้แสงสีแดงฉายลงมะเขือเทศผิวสีแดง ส่วนของมะเขือเทศสีแดงก็จะสว่างมากกว่าส่วนของมะเขือเทศที่เป็นสีเขียว หรือในกรณีของแสงสีน้ำเงินเราจะพบว่าภาพมะเขือเทศจะเป็นสีดำเนื่องจากสีของแสงและสีของวัตถุเป็นสีคนละสีกัน

เวลาที่เรามองเห็นสีของวัตถุแต่ละสีของที่เรามองเห็นก็คือแสงที่สะท้อนจากวัตถุเข้ามาที่ตาเรา เราใช้แสงสีขาวส่องไปบนวัตถุสีแดงสเปกตรัมของแสงสีแดงก็จะสะท้อนเข้ามาที่ตาเรา ทำให้เรามองเห็นวัตถุเป็นสีแดง เราใช้แสงสีขาวส่องไปที่วัตถุสีเขียวสเปกตรัมของแสงสีเขียวก็จะเข้าที่ตาเรา ทำให้เรามองเห็นสีเขียวหรือสีน้ำเงินก็เหมือนกัน

ในกรณีที่เราใช้แสงสีแดงสีเดียวสิ่งที่เกิดขึ้นก็คือถ้าวัตถุเป็นสีแดงตาเหล่าซึ่งเป็นกล่องสีก็จะตรวจจับแสงสีแดงได้ แต่ถ้าเราใช้แสงสีแดงส่องไปบนวัตถุสีอื่น วัตถุสีอื่นก็จะถูกดูดกลืนแสงสีแดงเข้าไป แสงที่สะท้อนกลับมาจะไม่เยอะมาก ขึ้นอยู่กับสีของวัตถุแต่ละสี 

ถ้าเราแปลงเป็นภาพขาวดำก็จะเห็นความแตกต่างอย่างชัดเจนตามรูป

สิ่งที่เราได้จากความสัมพันธ์ของสีของแสงและสีของวัตถุในระบบการมองเห็นด้วยกล้องหรือตาเราเหล่านั้น แล้วสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานกับระบบ Machine Vision ได้ดังนี้คือ ถ้าเราต้องการแยกสีวัตถุโดยใช้กล้องขาวดำซึ่งเป็นกล้องที่ได้รับความนิยมสูงในการใช้ตรวจสอบวัตถุ เราสามารถเลือกสีของแสงโดยมีเทคนิคง่ายๆ ถ้าเราต้องการแยกสีใดๆ ออกจากสีอื่นเราก็ควรเลือกแสงให้ตรงกับสีของวัตถุนั้นเราจะสามารถแยกสิ่งนั้นออกจากสีอื่นได้ชัดเจน

นอกเหนือจากเรื่องของความสัมพันธ์ของสีของวัตถุกับสีของแสงแล้ว สีของแสงแต่ละสียังมีคุณสมบัติอีกอย่างหนึ่งที่น่าสนใจก็คือความยาวคลื่นที่ต่างกันของแต่ละสี จะทำให้ความสามารถในการสะท้อนของสีแต่ละสีไม่เท่ากันด้วย เนื่องจากแสงเป็นคลื่นแสงที่มีความยาวคลื่นสั้นจะมีความสามารถในการสะท้อนของแสงหรือการกระเจิงของแสงสูง แสงกลุ่มนี้ก็คือแสง UV และแสงสีน้ำเงิน ส่วนแสงที่มีคลื่นยาวหรือแสงอินฟราเรด จะมีความสามารถในการทะลุทะลวงหรือการแทรกสอดที่สูง

จากภาพเราใช้แสงสีแดงส่งที่รูปทางด้านซ้ายและแสงสีน้ำเงิน 2 ที่รูปทางด้านขวา จะเห็นว่าเราสามารถมองเห็นเส้นได้ชัดเจนเมื่อเราส่องด้วยแสงสีน้ำเงิน

จากรูปเราใช้แสงอินฟราเรดในการฉายลงบนบรรจุภัณฑ์ที่เป็นบรรจุภัณฑ์อาหารก็จะเห็นว่าภาพทางด้านขวาภาพพิมพ์หรือลายพิมพ์ต่างๆ ได้ถูกทำให้หายไป อันนี้เป็นเพราะใช้อินฟาเรดทะลุแทรกสอดเข้าไปไม่ย้อนกลับมา ทำให้เราไม่สามารถมองเห็นภาพที่พิมพ์บนซองขนมอันนี้ได้ ซึ่งจะมีประโยชน์มากในการแยกพื้นหลังภาพพิมพ์ออกจากส่วนที่เราสนใจ