CN103443613B - 用于确定表面的反射率的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在用于确定表面（2）的反射率的方法中，借助垂直照明装置（3）对所述表面（2）进行照明，以分别不同的曝光时间拍摄所述表面（3）的图像。接着在所拍摄的图像的每一个中确定达到预先确定的最小亮度的那些亮表面部分，以及由所述亮表面部分根据不同的曝光时间确定所述表面（2）的反射率。适合于此的装置（1）包括用于对表面（2）进行照明的垂直照明装置（3）、用于拍摄所述表面（2）的图像的传感器（4）和用于处理所拍摄的图像的图像处理系统（7），其中图像处理系统（7）被构造用于在所拍摄的图像的每一个中确定达到预先确定的最小亮度的那些亮表面部分以及由所述亮表面部分根据不同的曝光时间确定所述表面（2）的反射率。

Description

用于确定表面的反射率的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于确定表面的反射率的方法，借助垂直照明装置照明所述表面。

背景技术

由于结构性环境，在工具机内使用图像处理系统时为了照明常常只能使用在其相对于工作距离的空间伸展比例方面较小的垂直照明装置。在使用这种具有相对于工作距离较小的垂直照明的图像处理系统时，高反射性工件表面的识别成为问题。工件表面的高反射性或者照明装置在镜面化工件表面上的成像常常妨碍有意义的自动曝光调节。这会导致妨碍这种图像处理系统与高反射性工件表面的共同使用。

发明内容

因此，本发明的任务是提出用于确定工件表面的反射率的方法和装置。

所述任务根据本发明通过具有权利要求1的特征的方法和通过具有权利要求6的特征的装置来解决。

根据本发明，可以借助图像处理系统（例如，摄像机和计算单元）和垂直照明装置来识别高反射性的工件表面，以及确定工件表面的反射率的度量。为此，从图像处理系统的可调节的最低曝光时间例如以固定的曝光间隔拍摄多个图像。在非常亮的图像区域（超调的图像区域）方面对这些图像进行分析处理。在识别工件表面的反射率之后，以对于相应的工件表面而言正确的曝光时间进行迄今失败的测量任务。可以自动地和基于软件进行所述方法和包含于其中的所需计算的实施。

根据本发明给出亮表面部分关于曝光时间的函数。接着，通过所述函数对曝光时间求导可以求得亮表面部分关于曝光时间的改变，即函数的斜率。在实际实施中，仅仅在一些曝光时间中确定亮表面部分。通过求离散导数，可以给出亮表面部分关于曝光时间的改变并且将其用作工件表面的反射率的度量。

优选地，在所拍摄的图像的每一个中确定具有预先确定的最小亮度的那些亮像素的数量，以及随后由这些亮像素的数量根据不同的曝光时间确定工件表面的反射率。

实践中的附加问题在于，不知道在所拍摄的图像中的哪些位置处或有多少个位置处存在强反射的表面。这样，图像处理系统常常用于识别可能已经切削的工件的位置。现在可能的是，图像仅仅在边缘侧部分中包含工件表面，从而在图像的一些部分中不存在表面。在另一情形中，工件表面包含孔，所述孔覆盖图像的大部分。在这样的情形中，亮表面部分的改变的绝对大小不仅在较短的曝光时间的情况下而且在较长的曝光时间的情况下相对较小，而在图像中存在表面的大部分的情况下亮表面部分的改变的绝对大小不仅在较短的曝光时间的情况下而且在较长的曝光时间的情况下相对较大。因此，将在较短的曝光时间的情况下亮表面部分的改变与在较长的曝光时间的情况下亮表面部分的改变的商确定为表面的反射率的度量。这样得到表面反射率的与亮表面部分的改变的绝对大小无关的度量。所述商的解释于是可以形成用于识别具有高反射特性的表面的基础。

本发明的其他优点由以下说明书和附图得出。同样，单独地或多个任意组合地使用前面所述的并且以下还要介绍的特征。所示出的和所描述的实施方式不应理解为穷举，而是具有用于本发明描述的示例性特征。

附图说明

附图示出：

图1：在高反射性工件表面的情况下垂直照明装置的射束分布；

图2：在高反射性工件表面的情况下所测量的亮像素根据曝光时间的数量（a）或者其关于曝光时间的导数（b）；

图3：在无光泽的工件表面的情况下垂直照明装置的射束分布；

图4：在无光泽的工件表面的情况下所测量的亮像素根据曝光时间的数量（a）或者其关于曝光时间的导数（b）。

具体实施方式

在图1中示出的用于确定表面2的反射率的装置1包括用于对表面（“对象”）2进行照明的垂直照明装置3、具有表面传感器5的摄像机4和设置在前面用于拍摄表面2的图像的镜头6和用于处理所拍摄的图像的图像处理系统7。垂直照明装置3设置在表面传感器5旁侧，例如在表面传感器5的两侧或环状地围绕表面传感器5。

如果如同图1中那样借助垂直照明装置3对高反射性的表面2进行照明，则由表面2反射的光束8中的仅仅一些——即射到可见反射区域9上的那些光束通过镜头6入射到表面传感器5上。在可见反射区域9之外射到表面2上的射束没有反射回镜头6中。因此，仅仅得到表面2上较小的可见反射区域9，其具有垂直照明装置3的直径10的一半。

如果逐步地提高曝光时间，则得到如同在图2中示例性示出的曲线形状。曲线a示出根据曝光时间t在所拍摄的图像中存在的、具有预先确定的最小亮度的亮像素的数量N(t)，并且曲线b示出曲线a的离散时间导数N(t)/Δt。

如同曲线a和b所示的那样，对于低曝光时间t，在所拍摄的图像中存在的、具有预先确定的最小亮度的亮像素的数量N由于可见反射区域9中的直接反射而剧烈地升高，并且在较高曝光时间的情况下亮像素的数量N的升高减小。亮像素的绝对数量N强烈取决于垂直照明装置3的直径10及其有源面积。

然而，如果如同在图3中那样借助垂直照明装置3对无光泽的（漫反射的）表面2进行照明，则在表面2上入射的光如同在11处表示的那样散射并且从可见反射区域9通过镜头6射到摄像机4的表面传感器5上。可见反射区域9中的光分布不是均匀的。

如果逐步地提高曝光时间，则得到如同在图4中示例性示出的曲线形状。曲线a示出根据曝光时间t在所拍摄的图像中存在的、具有预先确定的最小亮度的亮像素的数量N(t)，并且曲线b示出曲线a的离散时间导数N(t)/Δt。亮像素的数量N在曝光时间的较大范围上近似均匀地升高。

如同图2和4所示的那样，在较短的曝光时间的情况下、尤其在摄像机6或者图像处理系统7的尽可能短的曝光时间的情况下亮像素的数量N随曝光时间t的改变以及在较长的曝光时间的情况下亮像素的数量N随曝光时间的改变分别是表面2的反射率的度量，以便识别和区分高反射性表面和无光泽表面。在较短的曝光时间的情况下亮像素的数量N的改变与在较长的曝光时间的情况下亮像素的数量N的改变的商是表面2的反射率的另一度量。当图像中存在的表面的数量变化时这尤其重要。如果在图像中存在很多表面，则图2和图4中的曲线b在趋势上向上移动，在图像中仅仅存在少量表面的情况下在趋势上向下移动。通过求商得到表面反射率的可比较的度量。

为了确定表面2的反射率，借助于摄像机6以分别不同的曝光时间t拍摄表面2的图像。接着，利用图像处理系统7在所拍摄的图像的每一个中确定具有预先确定的最小亮度的那些亮像素的数量N，以及由所述亮像素的数量N根据不同的曝光时间t确定表面2的反射率，即例如表面2的反射率的上述度量。

Claims (6)

1.一种用于确定表面(2)的反射率的度量的方法，借助垂直照明装置(3)对所述表面进行照明，

其中，从所述表面(2)以分别不同的曝光时间拍摄图像，

其中，在所拍摄的图像的每一个中确定达到预先确定的最小亮度的那些亮表面部分，以及由所述亮表面部分根据不同的曝光时间确定所述表面(2)的反射率的度量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所拍摄的图像的每一个中确定具有预先确定的最小亮度的那些亮像素的数量，以及由这些亮像素的数量根据不同的曝光时间确定所述表面(2)的反射率的所述度量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在较短的曝光时间的情况下，将所述亮表面部分随曝光时间的改变确定为所述表面(2)的反射率的所述度量。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在较长的曝光时间的情况下，将所述亮表面部分随曝光时间的改变确定为所述表面(2)的反射率的所述度量。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将在较短的曝光时间的情况下所述亮表面部分的改变与在较长的曝光时间的情况下所述亮表面部分的改变的商确定为所述表面(2)的反射率的所述度量。

6.一种用于确定表面(2)的反射率的度量的装置(1)，其具有用于对所述表面(2)进行照明的垂直照明装置(3)、用于拍摄具有不同的曝光时间的所述表面(2)的图像的摄像机(4)和用于处理所拍摄的图像的图像处理系统(7)，

其中，所述图像处理系统(7)被构造用于在所拍摄的图像的每一个中确定达到预先确定的最小亮度的那些亮表面部分，以及由所述亮表面部分根据不同的曝光时间确定所述表面(2)的反射率的所述度量。