CN100493145C - 基于线阵ccd采集大幅面工业产品图像的装置 - Google Patents

Abstract

基于线阵CCD采集大幅面工业产品图像的装置：包括线阵CCD相机、光学系统、数据采集卡、计算机、可调间距遮光板和遮光罩组成一套可以用于采集大幅面工业产品的装置。将相机置于工业产品的被采集一侧，通过可调方向的光源对工业产品的照射，反射光透过镜头将产品的成像耦合到线阵CCD的光敏面上，装置中的各组件完成包括A/D转换、图像预处理以及传输等工作，通过采集卡使图像信息实时传输至计算机，实现对产品连续图像的存储，并可进行现场监控，或由可编程逻辑器件内驻留程序对采集图像中的缺陷预处理后，发出报警信号。产品连续图像的采集并传输存储在计算机中的图像信息可以为后续对产品的分级、分等提供依据。

Description

基于线阵CCD采集大幅面工业产品图像的装置

技术领域

本发明涉及一种利用线阵CCD(电荷藕合器件Charge Coupled Device)采集大幅面工业产品图像的装置，属于计算机视觉技术领域。

背景技术

在许多工业现场需要对工业产品的表面进行自动检测，通过采集工业产品的图像后进行分析，从而指导产品的生产，如分级、分等、报警等。有些工业产品的尺寸幅面较大，如轧钢的钢板带、印染的纺织品、印制的印刷品以及木材的旋切单板带等，其幅面尺寸有的可达3000mm以上。目前，在许多领域工业产品缺陷的识别还依靠人工进行，这样造成了产品自动化生产的瓶颈，同时人工的识别精度较低，工人的劳动强度很大。有些工业产品根据需要采集产品上缺陷的分辨率以及CCD芯片的像素，采用了多个面阵CCD或CMOS芯片的相机通过网络连接等方式实现了工业现场的产品图像采集，但是，在图像处理时，将采集的多幅图像进行拼接以及图像实时传输的同步性等方面存在许多问题，可能使拼接组合后的图像不能准确反映工业产品的实际情况，同时，系统的设备投资较大。因此在采集大幅面的工业产品的图像时，采用线阵CCD芯片的相机进行采集图像可以一次连续完成对整幅工业产品图像的采集，从而提高工业产品大规模生产的自动化的检测效果，促进企业的产品生产水平的提升。设计一套利用黑白或彩色线阵CCD芯片的相机采集大幅面工业产品图像的装置，可以克服由于人工现场检测而产生的不利因素，提高生产效率，降低生产成本。

发明内容

为了解决工业生产中人工检测工业产品时，特别是对于一些大幅面的工业产品的检测依靠人工进行分级、分等、监控时可能由于的人工的视觉疲劳、精神紧张等方面的问题，造成分级、分等不准、缺陷漏检。基于上述问题，本发明提出了利用黑白或彩色线阵CCD芯片相机采集大幅面工业产品图像的方法以及相应的装置，可以克服由于人工现场检测而可能产生的不利因素，提高生产效率，降低生产成本。采用线阵CCD采集大幅面工业产品的方法，可以提高工业产品大规模生产的自动化的检测效果，促进企业的产品生产水平的提升。

本发明的思路是：采用最新的多像素黑白或彩色线阵CCD芯片通过集成板(包括A/D转换、存储器RAM、可编程逻辑器件、I/O口以及USB2.0接口等)以及镜头等组成相机，将相机置于工业产品的被采集一侧，通过光源对工业产品的照射，使被采集部分获得足够的光照，反射光透过镜头将产品的成像耦合到线阵CCD的光敏面上，集成板上的各组件完成包括A/D转换、图像预处理以及传输等工作，通过数据采集卡使图像信息实时传输至计算机，实现对产品连续图像的存储，并可进行现场监控，或由可编程逻辑器件内驻留程序对采集图像中的缺陷预处理后，发出报警信号。产品连续图像的采集并传输存储在计算机中的图像信息可以为后续对产品的分级、分等提供依据。

解决其技术问题所采用的技术方案是：基于线阵CCD采集大幅面工业产品的装置提出了利用线阵CCD作为感光器件组成相机，实现对大幅面工业产品的图像采集。相机的组成包括黑白或彩色线阵CCD芯片、集成板(包括A/D转换、存储器RAM、可编程逻辑器件、I/O口以及USB2.0接口等)以及镜头等，将相机安装在支架上，置于工业产品需被采集图像的一侧，相机透过可调间距遮光板的间隙采集工业产品的图像。利用遮光罩将相机、可调间距遮光板、光源以及被采集产品的部分封闭在一个遮光的环境中，目的在于防止外界其他光线对CCD的干扰，同时可调间距遮光板也可以遮蔽非产品采集部分上的反射光对CCD的影响。安置在遮光板的下方的光源对工业产品进行照射，光的投射方向可以调节，以保证产品被采集部分的光强。反射光通过遮光板的间隙，透过镜头将产品的成像耦合到线阵CCD的光敏面上，集成板上的各组件完成包括A/D转换、图像预处理以及传输等工作，通过I/O口或USB接口与数据采集卡相接，使图像信息传输至计算机，实现对产品连续图像的存储，并可进行现场监控，或由可编程逻辑器件内程序对采集图像中的缺陷预处理后，发出报警信号。产品连续图像的采集并传输存储在计算机中的图像信息可以为后续对产品的分级、分等提供依据。

本发明提出了基于线阵CCD采集大幅面工业产品的装置，利用多像素线阵CCD芯片的相机采集大幅面工业产品的图像，有如下优点：

1.由于采用线阵CCD相机，对大幅面工业产品可以一次采集完整的连续图像，成像精度高。

2.采集的图像可以实时监控和存储，便于对工业产品的图像信息进行后续处理。

3.在相机中应用可编程逻辑器件可以通过编程，实现对采集图像的预处理，针对典型缺陷可以实时报警；将相机应用在对图像处理要求不高的领域时，可以作为图像处理的嵌入式系统。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是木发明中相机组成的一个实施例结构图。

具体实施方式

具体的实施方式：

下面结合图1、图2给出本发明的一个较好的实施例，采集某种工业产品，其幅面为2500mm，用以说明本发明的结构特征、技术性能和功能特点，而不是用来限定本发明的范围。

如图1，在本实施例中，相机1中的线阵CCD的选择可以按2个像素表示一个分辨率的单位，如分辨率为1mm(即被采集产品上的最小缺陷尺寸)，产品的幅面为2500mm，可以选用5000以上像素的线阵CCD芯片，本实施例选用东芝(TOSHIBA)的TCD2557D彩色线阵CCD芯片，其有效像素为5340，像元尺寸为7μm，外形尺寸为52.6×9.65mm，输出为R、G、B三路。线阵CCD芯片集成在包括A/D转换、存储器RAM、现场可编程门阵列(FPGA FieldProgrammable Gate Array)、I/O口以及USB2.0接口等的集成板上，如图2。镜头2选用的广角镜头。相机的校正可以采用对具有纵横交叉的网格的坐标纸进行扫描，对得到图像的畸变程度进行校正和调整。将相机安装在支架上，调整相机在适当的位置并与被测产品垂直。光源5根据需要可以选用无频散的荧光灯、激光线光源或发光二极管LED(Light EmittingDiode)线光源等，本实施例中选用多个发光二极管LED组成的线光源，将其安放在可调遮光板的下方，光的投射方向可以调节，以保证产品被采集部分的光强。可调间距遮光板3的间隙e可以随相机的采样频率和工业产品的移动速度间的关系进行调节。照射到产品上的反射光穿过遮光板缝隙，透过镜头将产品的成像耦合到线阵CCD的光敏面上，集成板上的各组件完成包括A/D转换、图像预处理以及传输等工作，通过数据采集卡使图像信息实时传输至计算机7，实现对产品连续图像的存储，并可进行现场监控，或由驻留在现场可编程门阵列FPGA内的程序实现对由线阵CCD采集的图像进行包括二值化等的预处理后，发出报警信号。相机、可调间距遮光板、光源以及被采集的工业产品6等均被封闭在遮光罩5环境中，以防止外界其他光线的对CCD的干扰。

Claims (5)

1、基于线阵CCD采集大幅面工业产品图像的装置，包括线阵CCD相机、光学系统、数据采集卡、计算机、可调间距遮光板和遮光罩，其特征是：a.线阵CCD相机由A/D转换器件、存储器RAM、可编程逻辑器件、I/O口、USB接口和光学镜头组成；b.线阵CCD透过光学镜头进行光电耦合，图像信号经A/D转换后传输至可编程逻辑器件中进行图像信号处理，或暂存于存储器RAM中，通过I/O口或USB接口与数据采集卡和计算机进行数据传输；c.可编程逻辑器件内包含有对图像采集与处理的程序；d.可调间距遮光板用于调节光源反射后的透光量；e.遮光罩用于遮蔽周围环境的杂散光。

2、根据权利要求1所述的基于线阵CCD采集大幅面工业产品图像的装置，其特征是采用黑白或彩色线阵CCD芯片作为相机采集图像的感光器件。

3、根据权利要求1所述的基于线阵CCD采集大幅面工业产品图像的装置，其特征是采用可编程逻辑器件作为相机的控制部件，实现对线阵CCD芯片、A/D转换、存储器RAM、I/O口以及USB接口等的控制，并可通过驻留在可编程逻辑器件内的程序实现对由线阵CCD采集的图像进行包括二值化等的预处理。

4、根据权利要求1所述的基于线阵CCD采集大幅面工业产品图像的装置，其特征是可调间距遮光板的间距是可调节的，一方面适应线阵CCD的采集频率与产品移动速度的关系，另一方面减少非采集区域的杂散反射光对线阵CCD的干扰。

5、根据权利要求1所述的基于线阵CCD采集大幅面工业产品图像的装置，其特征是光源可以采用无频散荧光灯、激光线光源或LED线光源，安装在可调间距遮光板的下方，可以根据被采集产品的幅面大小确定光源的数量或长度，光的投射方向可以调节，以保证产品被采集部分的光强。

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