5-1 全暗場反射式光彈標準條紋級次所對應之 RGB 值建立
本研究應用反射式光彈標準懸臂梁校正試驗配合零次平衡補償 法（Null-Balance Compensation），在固定光圈 F8.0、快門 1/30 秒與 控制白平衡情況下，針對條紋級次值 N=0～2 所對應之 RGB 值予以 建立，其中全暗場反射式光彈標準懸臂梁試驗，依相機內定之自動白 平衡控制設定後，進行光彈影像之拍攝，將拍攝好之光彈影像傳輸至 電腦中，再利用數位影像處理技術截取出之光彈條紋影像，其各條紋 級次所對應之 RGB 值如表 5.1。由表 5.1 可瞭解此時相機的內部設定 可以有效的分離各條紋級次，不會有任兩條條紋級次之 RGB 三值皆 很相近的情況產生，因此可以更有利的去判斷條紋級次值不會因為相 近而產生干擾造成誤判。由於白平衡設定的不同，對於擷取各條紋級 次 RGB 值會產生色彩偏差之影響，本研究利用白卡當作標準白平衡 定立之依據，因白卡具有 90%之反射率效果，可在拍攝照片時作為當 時環境的白色的依據，在拍攝時同時置於待測物旁如圖 5.1 所示。於 分析時採用白卡所擷取之環境資訊，進行手動白平衡來建立全暗場下 標準白平衡之色溫與色調值如表 5.2，由表得知在相機設定為自動控 制下，其色溫為 4450、色調為-4，在經由白卡與測光錶獲得光彈燈源 之影響資訊，經還原白平衡後其色溫值為 3050、色調為+17。再經數 位影像處理將白平衡設定還原為全暗場設定值後，所截取之光彈條紋 影像，其各條紋級次所對應之標準 RGB 值如表 5.3，由表 5.3 與表 5.1 可明顯看出未還原白平衡時，其光彈圖像明顯偏於黃色，而於還原白 平衡後，其光彈條紋圖像才獲得實際之色彩資訊。
一般在拍攝光彈條紋影像，皆依相機本身設定白平衡自動模式，
但於拍攝同時除非能完全度絕外在光線，否則於試驗當中所拍攝出之
彩色影像會產生色彩偏差，由表 5.1 與表 5.3 可看出不同白平衡設定 下，會影響到彩色條紋級次色彩之判斷與擷取。故經由白卡獲得全暗 場之白平衡設定，將光彈圖像白平衡予以還原白卡所獲得之全暗場設 定後，所擷取出各條紋級次之 RGB 值，才能代表全暗場之標準條紋 級次值。
經由數位影像處理軟體，可模擬在白平衡色溫值改變時各條紋級 次所對應之 RGB 值變化趨勢，如圖 5.2，由圖 5.2(a)可看出 R 之灰階 值會隨著色溫的升高而逐漸變大，於圖 5.2(b)得 G 之灰階值變化幅度 不大，可說是最穩定的，而圖 5.2(c)可知 B 之灰階值隨著色溫的增加 而逐漸減少並收斂。所以在不同的色溫狀況下，RGB 值亦會隨之變 動，故在受到環境光源影響後，可利用數位影像處理來調整最適合當 時需要之白平衡設定。
5-2 不同環境光源標準條紋級次所對應之 RGB 值擷取
本研究使用白熾燈泡及利用玻璃紙模擬不同環境之光源(白色、
紅色、綠色、藍色光源)，將受不同環境光源影響的懸臂梁光彈貼片，
配合零次平衡補償法進行條紋級次 N=0～2 之光彈影像拍攝，將拍攝 完畢之光彈條紋級次影像傳輸至電腦中，再利用影像處理技術針對各 個條紋級次所對應之 RGB 值進行擷取動作，相機內部白平衡設定為 自動控制情況下，各光彈條紋級次之 RGB 值擷取後整合為表 5.4，由 表中可得知，在不同環境源下(白光、紅光、綠光、藍光)相機自動白 平衡設定，會依光源照射待測物後反射之訊號改變白平衡設定，故在 進行標準條紋級次擷取時需採用標準白平衡設定。將全暗場量測之白 平衡設定導入不同環境光源下所拍攝之光彈影像，經還原白平衡設定 後，擷取不同環境光源下各光彈條紋級次值所對應之標準 RGB 值如
表 5.5 所示。將表 5.5 受環境光源影響後於白平衡校正之 RGB 灰階值 與表 5.3 受環境光源影響後未校正白平衡之 RGB 灰階值相比較整合 為 (1)紅色環境光源影響，(2)綠色環境光源影響，(3)藍色環境光源影 響，(4)白色環境光源影響。
(1)受紅色環境光源影響如表 5.6 所示，表(a)為未校正白平衡設定 與全暗場標準值進行比較，表(b)為白平衡校正後與全暗場標準值進 行比較，於白平衡校正後於各條紋級次值所對應之 RGB 灰階值皆比 未校正白平衡設定更接近全暗場標準條紋級次 RGB 灰階值。
(2)受綠色環境光源影響如表 5.7 所示，表(a)為未校正白平衡設定 與全暗場標準值進行比較，表(b)為白平衡校正後與全暗場標準值進 行比較，表中明顯表示於白平衡校正前後，各條紋級次所對應之 RGB 灰階值皆能與全暗場標準條紋級次 RGB 灰階值相接近，其原因在於 白平衡控制項目「色溫」值，於圖 5.2(b)中，色溫值的增加或減少，
對於各條紋級次所對應之 G 灰階值影響較小，趨近為定值，但於校 正後仍有部份灰階值變化是由於色溫控制項目目的在補償黃-藍色光 譜，故於 R 與 B 之灰階值仍有些許改變。
(3)受藍色環境光源影響如表 5.8 所示，表(a)為未校正白平衡設定 與全暗場標準值進行比較，表(b)為白平衡校正後與全暗場標準值進 行比較，表中於各條紋級次之灰階值經白平衡校正後，皆能降低灰階 值誤差與全暗場標準條紋級次灰階值相接近，但在部份條紋級次之 B 灰階值有增大趨勢，故需針對藍色環境光源影響部份再更深入探討其 原。
(4)受白色環境光源影響如表 5.9 所示，表(a)為未校正白平衡設定 與全暗場標準值進行比較，表(b)為白平衡校正後與全暗場標準值進 行比較，光彈貼片經過白熾燈所產生的白光色彩疊加影響，在進行白
平衡校正後均能使光彈貼片上的色彩接近全暗場環境下之色彩，即受 白光影響之各條紋級次所對應 RGB 灰階值與全暗場標準 RGB 灰階值 更為接近。
5-3
數位影像處理技術─實際應用
由於在現地試驗所拍攝之光彈圖像為一全域圖，故於各條紋級次 位置擷取判斷上，需進行數位影像處理技術，於光彈圖像實際應用之 步驟如下(以條紋級次 N=1 為例)：
1. 先需進行不同環境光源影響之光彈條紋拍攝，並將拍攝好的光 彈條紋影像以數位原始格式(Raw)以傳輸線儲存於電腦中。如 圖 5.3 所示。
2. 調整白平衡設定並裁切分析光彈影像所需要之部位。如圖 5.4 所示，(a)圖為未受白平衡校正所裁切之光彈圖像，(b)圖為校 正白平衡後所裁切之光彈圖像，可明顯於圖像中央獲得白平衡 校正前後條紋級次值相關之 RGB 資訊。
3. 套用全暗場標準條紋級次 RGB 值，進行影像差異化。如圖 5.5 所示，(a)與(b)圖同時扣除白平衡校正前後所獲得之 RGB 色 塊，可於圖中央得黑色帶位置。
4. 擷取[R G B]=[0 0 0]之黑色像素，並進行二值化。如圖 5.6 所 示，(a)與(b)分別輸入於數位影像處理軟體後，可獲得僅黑色 與白色之圖像，以方便進行後續骨骸化動作。
5. 針對二值化完後之光彈圖像，再進行能取出色帶中心點之骨骸 化。如圖 5.7 所示，可於圖(a)與(b)獲得由黑色帶中央取出 1pixel 之細線，用於判別各條紋級次位置。
6. 將骨骸化之圖像與原始圖進行合併之動作，如圖 5.8 所示，由
圖(a)與(b)合併後之光彈圖像，可結合不同環境光源影響後之 條紋級次 RGB 值位置進行誤差比較。
在獲得全暗場與不同環境光源下之條紋級次色階資訊後，可實際 應用在光彈圖像上，首先將全暗場與未經調整白平衡之條紋級次色階 資訊，直接套於未經調整白平衡之光彈圖像，利用數位影像處理之差 異化與黑色像素之擷取後，可得於圖像上全暗場與不同環境條紋級次 之色帶位置，再經由二值化與骨骸化，我們可以比較兩組條紋級次之 色階於圖像上之誤差。
(1)受紅色環境光源影響如圖 5.9(a) 所示，可清楚於圖像上獲得 條紋級次值 N=1 時，於全暗場與不同環境光源影響下產生之 RGB 值 於光彈圖像上位置，如表 5.10(a)所示，於表中可看出，在未調整白平 衡控制前，光彈圖像因受到紅色光源之影響，紅光環境與全暗場在未 調整白平衡校正部份，條紋級次於光彈圖像上色帶位置產生最大約 40%的誤差比例，其產生的原因除了白平衡設定未調整與還原，另一 個原因是條紋級次愈小(條紋級次值為 0 至 0.5)，於光彈條紋圖上對 應之色帶相對於高條紋級次值寬許多，故於色帶擷取與骨骸化後，其 光彈條紋所顯示出之位置會與標準值產生更多之偏差。但於白平衡校 正後可明顯降低因受紅色環境光源影響之光彈圖像，如圖 5.9(b)與表 5.10(b)所示，首先於光彈圖像上選取全暗場與受紅色環境光源後各條 紋級次 RGB 值之色帶，各條紋級次在白平衡校正後於光彈圖像上選 取色帶位置，由表中可獲得於白平衡校正後，受紅色環境光源影響後 之光彈圖像，可擷取出與全暗場標準值更為相近之位置，由此可消除 絕大部份紅色環境光源影響因素。
(2)受綠色環境光源影響如表 5.11 所示，表(b)所示之白平衡校正 後 RGB 色帶選取位置所產生之誤比表(a)未進行白平衡校正時所選取
之 RGB 色帶位置來的更小，故於白平衡校正後可在光彈圖像上選取 更接近全暗場標準條紋級次值色帶之位置。
(3)受藍色環境光源影響如表 5.12 所示，於表 5.8 中於白平衡校 正後部份條紋級次之灰階值增大，但實際應用於光彈圖像條紋級次色 選取時，仍可獲得較無白平衡校正時所選取之位置更接近全暗場之條 紋級次選取之位置，故於白平衡校正後對於藍色光源之影響仍可概略 消除。
(4)受白色環境光源影響如表 5.13 所示，受外在之光彈條紋影像 於白平衡校正後，白光環境光源選取之條紋級次色帶位置與全暗場標 準值選取之色帶位置相接近，其誤差量皆比無白平衡校正時產生的誤 差量低，且誤差量百分比可控制於 10%以下，由此我們可將在現地遮 蔽外在環境光線後拍攝之光彈條紋影像，更進一步消除因遮蔽不完全 之外在環境光線影響。
故我們校正白平衡前後之條紋級次灰階值，套用在調整白平衡設 定之光彈圖像上，再由數位影像處理之差異化、黑色像素之擷取、二 值化及骨骸化後，可獲得於圖像上全暗場與不同環境條紋級次之色帶 位置，從表 5.10 至 5.13 中，在白、紅、綠、藍色環境光源影響下，
經白平衡校正後可修正原先光彈圖像所產生之色彩偏差，且校正後於 光彈圖像上選取色帶位置與全暗場位置誤差比較可降低至 10%以 內，所以使用白平衡進行色偏校正是可行的。
故在光彈條紋影像級次位置及大小之判定，配合白平衡的控制與 調節，可將外在環境所影響到之圖像色彩偏差降至最低，可必免在分 析光彈圖像時未考慮到環境影響因素而造成之條紋級次擷取誤判，如 此便可在現地應用試驗上增加便利性，也於條紋級次擷取判斷上提高 其的精準度。
表 5.1 標準懸臂梁校正試驗之光彈條紋影像 白平衡-自動 色溫=4450 色調=-4
條紋級
次(N 值) 光彈照片 R G B 對應之顏色
0 111 99 77
0.25 255 240 167
0.5 255 241 127
0.75 247 146 24
1 88 99 136
1.25 159 221 144
1.5 255 255 33
1.75 255 144 97
2 153 119 167
表 5.2 使用白卡採取手動白平衡設定
白平衡設定模式 色溫 色調
自動 4450 -4
表 5.3 標準懸臂梁校正試驗之光彈條紋影像圖 白平衡-手動 色溫=3050 色調=17
條紋級
次(N 值) 光彈照片 R G B 對應之顏色
0 84 95 101
0.25 226 235 226
0.5 254 238 184
0.75 215 141 52
1 47 90 195
1.25 124 213 207
1.5 231 226 80
1.75 230 141 143
2 142 115 198
表 5.4(a)相機內部設定為自動─紅色環境光源之光彈影像圖與對應之灰階值 白平衡-自動 色溫=3400 色調=0
條紋級
次(N 值) 光彈照片 R G B 對應之顏色
0 116 96 78
0.25 239 233 185
0.5 255 235 148
0.75 229 139 35
1 96 100 161
1.25 162 219 164
1.5 246 220 45
1.75 241 135 120
2 164 121 159
表 5.4(b)相機內部設定為自動─綠色環境光源之光彈影像圖與對應之灰階值 白平衡-自動 色溫=3250 色調=24
條紋級
次(N 值) 光彈照片 R G B 對應之顏色
0 91 107 101
0.25 225 229 215
0.5 255 244 192
0.75 221 147 64
1 66 104 189
1.25 141 218 200
1.5 236 227 88
1.75 235 149 139
2 150 126 193