CN104198390A - 一种照明成像系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种照明成像系统，由于光调制器可以使超连续谱光源发射的激光在某个预设时间段内仅有某一个波长的激光通过，因此，在该预设时间段内其它波长的激光均不能照到待测物料上，从而使待测物料的反射光每次仅包含一种波长的激光，因此一个探测器即可满足使用需求。当增加新的波长的激光时，仅需光调制器允许新的波长出射即可，无需增加分光装置和相对应的探测器，从而大大降低了照明成像系统的复杂度。

Description

一种照明成像系统

技术领域

本发明涉及物料分选技术领域，更具体的说，涉及一种照明成像系统。

背景技术

物料分选技术的原理为：将物料输送到振动器上，振动器的向前上方的往复运动将物料不断的向前上方抛出、落下，当物料运动到料槽中，通过斜坡下滑加速后，相同的物料在料槽面上呈单层分布，相邻两个物料之间通常存在一定的距离。当物料脱离料槽后，采用照明光源照明，照明光源可采用反射、透射或反射与透射结合，然后利用探测器成像，得到的图像由控制器的图像处理功能进行处理，从而判断出合格物料和不合格物料，而后控制器控制剔除系统将不合格物料剔除。

参见图1，现有技术公开的一种照明成像系统的结构示意图，超连续谱光源101发射的同时包含有多个不同波长的激光经过半反半透镜102透射到旋转棱镜103，旋转棱镜103旋转将点激光反射扫描成一条线01，该线即是物料运行平面上的一条垂直于运动方向的线，当物料运动通过该线时，激光扫描到物料上，物料的反射光经过旋转棱镜103、半反半透镜102反射，然后经分光装置104分光进入到与各波长激光相对应的探测器105进行成像。其中，物料的反射光包括物料表面直接反射的光和部分入射到物料内部散射后的反射光。

由于一个探测器一次只能接收一种波长的激光，因此，每增加一个新的波长的激光，就需要相应的增加一套分光装置和相对应的探测器，从而增加了照明成像系统的复杂度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种照明成像系统，以解决由于增加新的波长的激光，就需要相应增加分光装置和相对应的探测器而导致的增加照明成像系统复杂度的问题。

一种照明成像系统，包括：

超连续谱光源；

使所述超连续谱光源发射的激光在某个预设时间段内仅有某一个波长的激光通过的光调制器；

第一半反半透镜；

将所述第一半反半透镜透射的点激光反射扫描成一条线，并将待测物料的反射光反射至所述第一半反半透镜的光学装置；

接收所述第一半反半透镜反射的反射光，并对与该反射光对应的物料进行成像的探测器；

分别与所述超连续谱光源、所述光调制器和所述探测器连接，用于控制所述超连续谱光源的工作状态、控制所述光调制器输出指定波长的激光、控制所述探测器的工作状态的控制器。

优选的，还包括：

位于所述第一半反半透镜和所述探测器之间的会聚透镜。

优选的，所述光调制器为旋转滤光片，所述旋转滤光片由支持多种不同波长的滤光片组成。

优选的，所述旋转滤光片为圆形旋转滤光片。

优选的，所述光调制器为光开关。

优选的，所述光学装置为与所述控制器连接，由所述控制器控制旋转的旋转棱镜。

优选的，所述光学装置为鲍威尔棱镜。

优选的，所述探测器为相机或光电二极管。

优选的，所述相机为线阵或面阵的相机。

优选的，当所述探测器为反射光探测器时，所述照明成像系统还包括：第二半反半透镜、散射光探测器、第一光阑和第二光阑；

所述第二半反半透镜位于所述第一半反半透镜和所述反射光探测器之间；

所述第一光阑位于所述第二半反半透镜和所述反射光探测器之间，用于将所述第二半反半透镜透射的反射光的直接反射部分透射至所述反射光探测器；

所述第二光阑位于所述第二半反半透镜和所述散射光探测器之间，用于将所述第二半反半透镜反射的反射光的散射部分透射至所述散射光探测器。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种照明成像系统，由于光调制器可以使超连续谱光源发射的激光在某个预设时间段内仅有某一个波长的激光通过，因此，在该预设时间段内其它波长的激光均不能照到待测物料上，从而使待测物料的反射光每次仅包含一种波长的激光，因此一个探测器即可满足使用需求。当增加新的波长的激光时，仅需光调制器允许新的波长出射即可，无需增加分光装置和相对应的探测器，从而大大降低了照明成像系统的复杂度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术公开的一种照明成像系统的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种照明成像系统的结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种采集时间与不同波长激光的对应关系图；

图4为本发明实施例公开的一种旋转滤光片的结构示意图；

图5为本发明实施例公开的一种光开关的结构示意图；

图6为本发明实施例公开的另一种照明成像系统的结构示意图；

图7为本发明实施例公开的另一种照明成像系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种照明成像系统，以解决由于增加新的波长的激光，就需要相应增加分光装置和相对应的探测器而导致的增加照明成像系统复杂度的问题。

参见图2，本发明实施例公开的一种照明成像系统的结构示意图，包括：超连续谱光源201、光调制器202、第一半反半透镜203、光学装置204、探测器205和控制器(图2中未示出)；

其中：

光调制器202位于超连续谱光源201发射激光的一侧，能够使超连续谱光源201发射的激光在某个预设时间段内仅有某一个波长的激光通过。

其中，每个预设时间段对应一种波长的激光。

光学装置204可将第一半反半透镜203透射的点激光扫描成一条线02，并将待测物料的反射光反射至第一半反半透镜203。

探测器205用于接收第一半反半透镜203反射的反射光，并对该反射光对应的物料进行成像。

控制器分别与超连续谱光源201、光调制器202和探测器205连接，控制器用于控制超连续谱光源201的工作状态、控制光调制器202输出指定波长的激光、控制探测器205的工作状态。

照明成像系统的工作原理具体如下：

控制器控制超连续谱光源201发射激光，并控制光调制器202在某个预设时间段内仅允许一种波长的激光通过，通过光调制器202的激光经过第一半反半透镜203透射到光学装置204，光学装置204将第一半反半透镜203透射的点激光扫描成一条线02，当待测物料运动通过该线02时，激光扫描到待测物料上，待测物料的反射光经过光学装置204反射、半反半透镜102反射，而后控制器控制探测器205接收反射激光，并对与该反射激光对应的待测物料进行成像。

需要说明的是，由于光调制器202能够在时间上控制不同时间段对应不同波长的激光入射到待测物料上，因此可以根据不同时间段照射激光的波长，判断出探测器205的成像所对应的激光的波长。

参见图3，本发明实施例公开的一种采集时间与不同波长激光的对应关系图，横坐标为波长，纵坐标为信号采集时间，单位T。

在△T1内，有Δλ1波长范围内的激光照射到待测物料上；在△T2内，有Δλ2波长范围内的激光照射到待测物料上；在△T3内，有Δλ3波长范围内的激光照射到待测物料上。

从图3可以看出，在△T1内，仅有Δλ1波长范围内的激光照射到待测物料上，其它波长的激光均不能照到待测物料上，由于各波长激光的照射时间是分开的，因此能够实现不同波长的独立探测。

综上可以看出，本发明提供的照明成像系统，由于光调制器202可以使超连续谱光源201发射的激光在某个预设时间段内仅有某一个波长的激光通过，因此，在该预设时间段内其它波长的激光均不能照到待测物料上，从而使待测物料的反射光每次仅包含一种波长的激光，因此一个探测器205即可满足使用需求。当增加新的波长的激光时，仅需光调制器202允许新的波长出射即可，无需增加分光装置和相对应的探测器205，从而大大降低了照明成像系统的复杂度。

其次，由于降低了照明成像系统的复杂度，因此，本发明还提高了系统的可靠性、稳定性和可维修性。

再次，本发明还省去了由于增加照明成像系统的复杂度而带来的成本增加。

最后，由于本发明公开的照明成像系统仅采用一套光路，因此，不同波长的激光走的路径完全一致，从而有效避免了不同光路不一致导致的系统误差，确保了系统测量的准确性。

可以理解的是，为保证探测器205接收到足够强度较强的激光，在第一半反半透镜203和探测器205之间还可以安装有会聚透镜206(参见图2)。

较优的，光调制器202可以采用旋转滤光片，该旋转滤光片由多种支持不同波长的滤光片组成。

参见图4，本发明实施例公开的一种旋转滤光片的结构示意图，旋转滤光片上3种不同的网格表示3种不同波长的滤光片，每种滤光片仅允许一定范围内波长的激光通过，附图标记001表示在△T1内，有Δλ1波长范围内的激光透射，附图标记002表示在△T2内，有Δλ2波长范围内的激光透射；附图标记003表示在△T3内，有Δλ2波长范围内的激光透射，其中，滤光片的旋转方向见图4中的箭头指向。因此，当该旋转滤光片采用高速旋转的装置使其旋转起来后，可有效实现3种不同波长的激光周期性通过，从而实现了一个周期内3种不同波长范围的激光轮流照射待测物料。

需要说明的一点是，每个波长范围的宽度和位置完全由滤光片决定，波长范围部分还可以重叠，波长范围具体依据实际需求而定。

其中，图4公开的旋转滤光片仅示出了3种波长，我们还可以根据实际需求设置任意种波长及波长范围，但需保证设置的波长范围在超连续谱光源201能够产生的波长范围内。

较优的，旋转滤光片为圆形旋转滤光片。

其中，光调制器202对不同波长的切换功能也可以采用光开关等外调制技术实现。

参见图5，本发明实施例公开的一种光开关的结构示意图，该光开关有三个不同的光输入端，分别为：1310nm输入端、1490nm输入端和1550nm输入端，一个输出端，通过控制光开关，可以实现在某一个时间段，只允许其中一种波长的光通过，从而实现不同时间对应不同波长的光通过。

光开关的种类包括：磁光开关、全光开关、热光开关、液晶开关、电光开关、声光开关、为光机电系统光开关等，优选磁光开关和全光开关。

其中，光学装置204可以为旋转棱镜或是鲍威尔棱镜。

当光学装置204为旋转棱镜时，该旋转棱镜与控制器连接，并由控制器控制旋转。

鲍威尔棱镜(powell lenses)是一种光学划线棱镜，它使激光束通过后可以最优化地划成光密度均匀、稳定性好、直线性好的线光源。鲍威尔棱镜划线优于柱面透镜的划线模式，能消除高斯光束的中心热点和褪色边缘分布。

其中，探测器205可以选用相机或光电二极管，相机具体可以选用线阵或面阵的相机，优选线阵或面阵的电荷耦合器件(Charge-coupled Device，CCD)，或是选用CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)。

参见图6，本发明实施例公开的另一种照明成像系统的结构示意图，超连续谱光源301发射的激光经过光调制器302透射，实现在某个预设时间段内仅有某一个波长的激光通过，光调制器302透射的点激光经过鲍威尔棱镜303扩散成一条线03，当待测物料运动通过该线03时，激光扫描到待测物料上，待测物料的反射光反射至相机304，由相机304对接收到的反射光进行成像。

综上可以看出，本发明公开的照明成像系统采用时分方式工作，因此，控制器必须与各部分配合才能完成照明成像过程。所以在控制器内需有一统的时钟，该时钟直接与允许通过的特定波长范围的光的时间、相机的曝光时间、图像处理信号与波长的对应关系等同步实现。

具体的，控制器内的系统时钟具体包括：特定波长光产生的时钟、相机曝光的时钟和图像处理的时钟。

需要说明的一点是，为避免不同波长对应的图像不是被测物料相同部分的图像，本申请采取的措施为提高相机的采样率，例如，待测物料运动速度为3m/s，采用线速率为40KHz的相机，则对应的单次采样时间内，待测物料运动距离仅为0.075mm，以大大提高纵向分辨率，一方面使分辨率远高于细节，另一方面是两种不同波长采样对应待测物料的重合部分大大提高，从而有效避免误判的发生。

其中，本发明为避免在不同周期内，相同波长的能量出现起伏，导致图像的判读出现误差，本申请采用在光调制器202对激光滤波后，分出一定比例的光作为参考光，并通过将参考光与采集的光进行相比，来归一化由于超连续谱光源201起伏带来的不良影响。

本领域技术人员可以理解的是，当检测被测物料的颜色时，探测器205为反射光探测器，当还需要对被测物料内部的散射和衍射情况进行检测时，还需要一个散射光探测器，参见图7，本发明另一实施例公开的一种照明成像系统的结构示意图，在图2所示实施例的基础上，还包括：第二半反半透镜208、散射光探测器209、第一光阑210和第二光阑211，其中图2中的探测器205在本实施例中为反射光探测器207；

第二半反半透镜208位于第一半反半透镜203和反射光探测器207之间，用于将第一半反半透镜203反射的反射光透射至反射光探测器207，并将第一半反半透镜203反射的反射光反射至散射光探测器209。

其中，在第一半反半透镜203和第二半反半透镜208之间还可以安装有会聚透镜206。

第一光阑210位于第二半反半透镜208和反射光探测器207之间，用于将第二半反半透镜208透射的反射光的直接反射部分透射至反射光探测器207。

第二光阑211位于第二半反半透镜208和散射光探测器209之间，用于将第二半反半透镜208反射的反射光的散射部分透射至散射光探测器209。

需要说明的是，第一光阑210的中间透光，而其它地方不透光，透过的光即反射至反射光探测器207的反射光的直接反射部分。

第二光阑211的中间不透光，而其它地方透光，透过的光即透射至散射光探测器209的散射光。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种照明成像系统，其特征在于，包括：

超连续谱光源；

使所述超连续谱光源发射的激光在某个预设时间段内仅有某一个波长的激光通过的光调制器；

第一半反半透镜；

将所述第一半反半透镜透射的点激光反射扫描成一条线，并将待测物料的反射光反射至所述第一半反半透镜的光学装置；

接收所述第一半反半透镜反射的反射光，并对与该反射光对应的物料进行成像的探测器；

分别与所述超连续谱光源、所述光调制器和所述探测器连接，用于控制所述超连续谱光源的工作状态、控制所述光调制器输出指定波长的激光、控制所述探测器的工作状态的控制器。

2.根据权利要求1所述的照明成像系统，其特征在于，还包括：

位于所述第一半反半透镜和所述探测器之间的会聚透镜。

3.根据权利要求1所述的照明成像系统，其特征在于，所述光调制器为旋转滤光片，所述旋转滤光片由支持多种不同波长的滤光片组成。

4.根据权利要求3所述的照明成像系统，其特征在于，所述旋转滤光片为圆形旋转滤光片。

5.根据权利要求1所述的照明成像系统，其特征在于，所述光调制器为光开关。

6.根据权利要求1所述的照明成像系统，其特征在于，所述光学装置为与所述控制器连接，由所述控制器控制旋转的旋转棱镜。

7.根据权利要求1所述的照明成像系统，其特征在于，所述光学装置为鲍威尔棱镜。

8.根据权利要求1所述的照明成像系统，其特征在于，所述探测器为相机或光电二极管。

9.根据权利要求8所述的照明成像系统，其特征在于，所述相机为线阵或面阵的相机。

10.根据权利要求1所述的照明成像系统，其特征在于，当所述探测器为反射光探测器时，所述照明成像系统还包括：第二半反半透镜、散射光探测器、第一光阑和第二光阑；

所述第二半反半透镜位于所述第一半反半透镜和所述反射光探测器之间；

所述第一光阑位于所述第二半反半透镜和所述反射光探测器之间，用于将所述第二半反半透镜透射的反射光的直接反射部分透射至所述反射光探测器；

所述第二光阑位于所述第二半反半透镜和所述散射光探测器之间，用于将所述第二半反半透镜反射的反射光的散射部分透射至所述散射光探测器。