CN101915557A - 用于甜瓜果实视觉测量的光源装置 - Google Patents

Abstract

一种瓜果检测技术领域的用于甜瓜果实视觉测量的光源装置。包括：双自由度可调门型支架、PWM调光驱动器、环形前面光源、图像采集模块、矩形背面光源，双自由度可调门型支架上设置PWM调光驱动器，双自由度可调门型支架上从左到右依次设置矩形背面光源、环形前面光源、图像采集模块，PWM调光驱动器分别连接到环形前面光源、矩形背面光源和图像采集模块，图像采集模块连接线分别连接到环形前面光源、矩形背面光源。本发明能够提供柔和均匀纯白光的面光源，减少了图像失真现象；本发明采集的图片中甜瓜的轮廓非常凸出，能够清晰提取甜瓜的轮廓特征(面积、纵横经)，大大降低了后期轮廓特征提取的难度。

Description

用于甜瓜果实视觉测量的光源装置

技术领域

本发明涉及的是一种瓜果检测技术领域的光源装置，特别涉及的是一种用于甜瓜果实视觉测量的光源装置。

背景技术

甜瓜果实的生长会受到温度、湿度等环境因子影响。因此，对果实直径进行高精度连续测量能够从内在机理和影响机制上揭示、评价甜瓜果实发育与环境因子的生理联系；特别是基于视觉的高分辨率无损测量，能够在不对甜瓜生长造成影响或损伤的前提下，方便准确地监测甜瓜果实在生长过程中形态参数的变化。

光源是图像采集系统的重要组成部分，而目前的图像采集系统中常采用线阵扫描相机进行图像采集作业。由于线阵扫描相机在告诉扫描时具有曝光时间段、扫描速度快、相机物距远及图像质量要求高等特点，因此他对光源要求较为严格，通常采用光强度高且光照分布均匀的光源。目前常见的用于图像采集的光源多是采用白炽灯或者荧光灯管，其优点就是成本低、易于实现，但是它们也有很多的不足：白炽灯需要经过较长的预热时间光强才能稳定，白炽灯为点光源光强分布不均匀，且其光线并非纯白光，对后期目标物颜色特征的提取有一定影响；而荧光灯管存在闪烁现象，会影响到光强的稳定性及均匀性，另外荧光灯管的荧光成分同样使得光源提供的光线不是纯白光，可能会影响后续图片颜色分析方面的处理。

经对现有技术文献的检索发现，专利申请公开号：CN 201047494，名称：用于图像采集系统的发光装置。该技术自述：具有与照明用的交流电源相连接的接头且用于将电能转换为荧光的荧光转换器、以及与所述荧光转换器相连接，用于对所述荧光转换器进行整流以使其发出的荧光均衡的高频整流器，由于荧光转换器价格低廉，可有效降低图像采集系统的成本，同时由于采用了高频整流器，可消除荧光转换器因采用交流电源而导致采集的图像背景会出现明暗条纹的缺点。但是这种管状光源有如下缺点：1、该光源提供的光照的强度是不均匀的，在靠近灯管处的光强较高，在与灯管长度方向相垂直的方向上，随着距离的增加光强会越来越弱，这就导致了在光照区域内中间有一条比较亮的光带，两边逐渐变暗；2、该光源提供的光照并非纯白光；以上两种情况下拍摄的图片都容易失真，不能准确的提取所需的信息。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于甜瓜果实视觉测量的光源装置。本发明能够提供柔和均匀纯白光的面光源，减少了图像失真现象；本发明采集的图片中甜瓜的轮廓非常凸出，能够清晰提取甜瓜的轮廓特征(面积、纵横经)，大大降低了后期轮廓特征提取的难度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：双自由度可调门型支架、PWM调光驱动器、环形前面光源、图像采集模块、矩形背面光源，双自由度可调门型支架上设置PWM调光驱动器，双自由度可调门型支架上从左到右依次设置矩形背面光源、环形前面光源、图像采集模块，PWM调光驱动器分别连接到环形前面光源、矩形背面光源和图像采集模块，图像采集模块连接线线分别连接到环形前面光源、矩形背面光源。

所述双自由度可调门型支架包括横梁和立柱，横梁沿着立柱上的铝型材凹槽上下活动，调节高度，通过松紧螺钉固定在横梁上的其他部件可在横梁上的铝型材凹槽内前后移动，以便调整拍摄焦距及光源的距离，因此整个系统的各个部件都可以根据实验需要随意摆放在适当的位置。

所述的PWM调光驱动器设置在双自由度可调门型支架的右立柱上。

所述的矩形背面光源和环形前面光源从左到右依次设置在双自由度可调门型支架的横梁上。

所述的环形前面光源由环形LED组、环形光源防水外壳、环形电路板、环形柔光板组成，环形LED组有两组，每个环形LED组包含10个LED，LED呈环形均布焊接在环形电路板上，环形电路板通过绝缘柱固定在环形光源防水外壳底部，环形柔光板固定在环形光源防水外壳开口处。

所述的矩形背面光源由直线LED组、矩形光源防水外壳、矩形电路板和矩形柔光板组成，每个直线LED组包含5个LED，并呈矩阵型排布焊接在矩形电路板上；矩形电路板通过绝缘柱固定在矩形光源防水外壳底部，矩形柔光板固定在矩形光源防水外壳开口处。

所述的PWM调光驱动器由循环定时器和PWM调光模块组成，循环定时器放置在PWM调光驱动器外壳顶部，它可以循环定时地给装置通电或者断电以实现装置的循环定时工作；PWM调光模块放置在驱动器外壳内部，它可以通过手动调节前光源调节旋钮和背光源调光旋钮来调节相应光源的光强亮度。

本发明在装置接通电源以后，电路板上呈矩阵或者环形均布地LED就会形成一个点阵光源，但此时它们还只是一个个孤立的点光源，提供的光照的强度时不均匀的；不均匀的白光经过防水外壳开口处的柔光板过滤后照射出来，光线在环形柔光板和矩形柔光板前表面和后边面处发生反射和折射等光学现象以后，光照的强度就变的均匀了，且在环形柔光板和矩形柔光板前表面处形成一个面光源，光线沿垂直于环形柔光板和矩形柔光板前表面的方向射出；通过PWM调光驱动器调节环形前面光源和矩形背面光源亮度，因为LED是通过恒流供电，所以可以通过PWM调光驱动器调节环形前面光源和矩形背面光源的供电电流强度来调节其亮度；调节双自由度可调门型支架的横梁的高度以及环形前面光源、矩形背面光源和图像采集模块(利用现有技术的图像采集模块)在横梁上的位置，保证图像采集模块的焦距以及环形前面光源、矩形背面光源的照射角度和距离；图像采集模块控制点亮所需光源进行拍照。

本发明基于LED照明技术，通过LED阵列排布以及柔光板过滤光线而得到能够提供均匀纯白光的面光源，前后放置两个面光源为图像采集系统提供光照，其中，环形前面光源用于配合图像采集系统获得提取甜瓜表面形态特征(颜色、纹理)的图像，矩形背面光源用于配合图像采集系统获得提取甜瓜轮廓(面积、纵横经)特征的图像，另外，该光源装置还采用PWM调光驱动器调节面光源光照强度，利用双自由度可调门型支架调整光源的最佳放置位置和角度，这样就可以最大程度的满足图像采集系统对光源的要求，减少非自然光照射下采集到的图像出现失真的现象，更好的配合图像采集系统获得便于提取甜瓜形态特征的图像。

本发明能够提供柔和均匀纯白光的面光源，能够有效的克服现有技术提供的光源光照闪烁、强度不均匀、光色非纯白光等方面的不足，减少由于以上问题而导致的图像失真现象；另外，在甜瓜的视觉测量中本发明还要提取甜瓜的轮廓特征(面积、纵横经)，现有技术一般只放置了前光源拍照，这样由于甜瓜表面的光强与周围背景上的光强很接近，导致甜瓜轮廓融于背景之中，不便于后期轮廓特征的提取，因此，本发明还在甜瓜的背面放置了矩形背面光源，在矩形背面光源点亮[5]的情况下，由于光照强度的差别，采集的图片中甜瓜的轮廓非常凸出，大大降低了后期轮廓特征提取的难度。

本发明与现有技术进行比较：1，本发明以LED为发光体，能保证所提供的光照为纯白色，不会使图像颜色失真，减少提取甜瓜颜色特的时的误差；“用于图像采集的发光装置”中所述的方法由于荧光成分的影响不能保证光照为纯白色。2，本发明能实现光照稳定均匀；“用于图像采集的发光装置”中所述的方法使用的管状光源会导致光照强度不均匀，出现中间亮，两边暗的现象，特别是在光照强度比较低的情况下更为明显。3，本发明还添加了矩形背面光源用于配合图像采集系统获得提取甜瓜轮廓特征的图片，使甜瓜轮廓特征的提取更加方便和精确。

附图说明

图1为所述用于甜瓜视觉测量的光源装置的整体结构示意图；

图2为所述PWM调光驱动器结构示意图；

图3为所述双自由度可调门型支架结构示意图；

图4为所述矩形背面光源结构示意图；

图5为所述环形前面光源结构示意图；

图6为本发明实施例结果图；

其中：图(a)是矩形背面光源照明时拍摄的图像，图(b)是环形前面光源照明时拍摄的图片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，本实施例包括：双自由度可调门型支架1、PWM调光驱动器2、图像采集模块3、环形前面光源4、矩形背面光源5。双自由度可调门型支架1上设置PWM调光驱动器，双自由度可调门型支架1上从左到右依次设置矩形背面光源5、环形前面光源4、图像采集模块3；PWM调光驱动器2分别连接到环形前面光源4、矩形背面光源5和图像采集模块3；图像采集模块3的控制线分别连接到环形前面光源4、矩形背面光源5。

所述的环形前面光源4和所述的矩形背面光源5固定在双自由度可调门型支架1上，且分别放置在甜瓜两侧，其中环形前面光源4与所述的图像采集模块3放置在甜瓜的同一侧，并且环形前面光源4环绕在摄像头一周。

如图2所示，调节PWM调光驱动器2上的前光源调节旋钮7和背光源调光旋钮8，通过调节矩形背面光源5和环形前面光源4的供电电流来改变其亮度。

如图3所示，双自由度可调门型支架1包括立柱18和横梁19，由横截面为40*40(mm)的铝型材构建而成，整体高度为2m，宽度为1m。沿着立柱18上的铝型材凹槽上下调节横梁19的高度，使环形前面光源4和矩形背面光源5以及图像采集模块3与甜瓜处于同一高度；沿着横梁19的铝型材凹槽左右调节环形前面光源4、矩形背面光源5以及图像采集模块3在横梁上的位置以保证摄像头的焦距(30cm)以及环形前面光源4、矩形背面光源5的位置和照射角度。

如图4所示，矩形背面光源由直线LED组11、矩形光源防水外壳10、矩形电路板12和矩形柔光板9组成，其中矩形防水外壳10尺寸为246*206*50mm，矩形电路板12尺寸为240*200mm，柔光板17尺寸为256*216*2mm，每个直线LED组11包含5个0.1W的LED，并呈矩阵型排布焊接在矩形电路板12上；矩形电路板12通过绝缘柱13固定在矩形防水外壳10底部，矩形柔光板9固定在矩形光源防水外壳10开口处。

如图5所示，环形前面光源由环形LED组15、环形光源防水外壳14、环形电路板16、环形柔光板17组成，其中环形防水外壳14尺寸为166*166*35mm，矩形电路板12尺寸为160*160mm，柔光板17尺寸为176*176*2mm，环形LED组有两组，每个环形LED组15包含10个0.5W的LED，并呈环形均布焊接在环形电路板16上，环形电路板16通过绝缘柱13固定在环形光源防水外壳14底部，环形柔光板17固定在环形光源防水外壳14开口处。

环形前面光源4和矩形背面光源5通电以后LED被点亮，形成一个个点光源，即点阵光源，此时的光照强度时不均匀的，光线透过环形柔光板17和矩形柔光板9以后照射到环形防水外壳14和矩形防水外壳10外面，光线在环形柔光板17和矩形柔光板9前表面和后边面处发生反射和折射等光学现象以后，光照的强度就变的均匀了，且在环形柔光板17和矩形柔光板9表面处形成一个面光源。

在正常工作时，图像采集模块3可以根据需要先点亮一个光源，待光强稳定后拍照，然后关闭光源；之后点亮另外一个光源，带光强稳定后拍照，然后关闭光源；如果有需要也可以同时点亮两个光源进行拍照；例如只点亮矩形背面光源5拍照，可以得到甜瓜轮廓清晰突出的图片(如图6(b))，便于提取甜瓜轮廓尺寸变化规律；例如只点亮环形前面光源4拍照，可以得到甜瓜表面特征真实的图片(如图6(a))，便于提取甜瓜便面颜色和纹理变化的规律。

如图6所示，本实施例应用于图1所示的结果，其中，图6(a)是只点亮矩形背面光源5时拍摄的图像，从图像上可以看出，由于以矩形背光源5为背景，甜瓜表面光照强度很低，周围光照强度比较高，因此甜瓜的轮廓非常凸出，这非常有利于后期对甜瓜轮廓特征的提取；图6(b)是只点亮环形前光源4时拍摄的图像，从图像上可以看出，整张图片的光照强度均匀，没有出现明显的亮点或暗点，图像颜色基本不失真，这非常有利于后期对甜瓜颜色和纹理特征的提取。

Claims (7)

1.一种用于甜瓜果实视觉测量的光源装置，其特征在于，包括：双自由度可调门型支架、PWM调光驱动器、环形前面光源、图像采集模块、矩形背面光源，双自由度可调门型支架上设置PWM调光驱动器，双自由度可调门型支架上从左到右依次设置矩形背面光源、环形前面光源、图像采集模块，PWM调光驱动器分别连接到环形前面光源、矩形背面光源和图像采集模块，图像采集模块连接线线分别连接到环形前面光源、矩形背面光源。

2.按照权利要求1所述的用于甜瓜果实视觉测量的光源装置，其特征是，所述双自由度可调门型支架包括横梁和立柱，横梁沿着立柱上的铝型材凹槽上下活动，调节高度。

3.按照权利要求1所述的用于甜瓜果实视觉测量的光源装置，其特征是，所述的PWM调光驱动器设置在双自由度可调门型支架的立柱上。

4.按照权利要求1所述的用于甜瓜果实视觉测量的光源装置，其特征是，所述的矩形背面光源从左到右依次设置在双自由度可调门型支架的横梁上。

5.按照权利要求1所述的用于甜瓜果实视觉测量的光源装置，其特征是，所述的矩形背面光源由LED组、矩形光源防水外壳、矩形电路板和柔光板组成，每个LED组包含5个0.1W高亮暖白光的LED，并呈矩阵型排布焊接在矩形电路板上；矩形电路板固定在防水外壳底部，柔光板固定在矩形光源防水外壳开口处。

6.按照权利要求1所述的用于甜瓜果实视觉测量的光源装置，其特征是，所述的环形前面光源由LED组、环形光源防水外壳、环形电路板、柔光板组成，LED组有两组，每个LED组包含10个0.5W高亮暖白光LED，LED呈环形均布焊接在环形电路板上，环形电路板通过绝缘柱固定在环形光源防水外壳底部，柔光板固定在环形光源防水外壳开口处。

7.按照权利要求1所述的用于甜瓜果实视觉测量的光源装置，其特征是，所述的PWM调光驱动器由循环定时器和PWM调光模块组成，循环定时器放置在PWM调光驱动器壳体顶部，PWM调光模块放置在驱动器壳体内部。

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