CN104796631A - 一种曲面展开成像装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种曲面展开成像装置及方法，解决现有曲面成像不清晰及成本高的问题，本装置包含：一组自聚焦光纤阵列，是由多数根自聚焦光纤按待测曲面的形状相对应组合的线性排列，每根自聚焦光纤的头部有透镜及成像用光源，将其对应的待测曲面的聚焦范围部分的反射光吸收进光纤，并进行传导；相机，是带有CCD图像传感器的相机，CCD的靶面像素与自聚焦光纤阵列中的多数根自聚焦光纤对应相连，CCD将自聚焦光纤阵列传递来的反射光信号转换成图像信号，并由相机中的成像处理器将待测曲面展开成平面成像。本发明降低成像所需的相机个数，降低了系统成本，并能实现相机到待测曲面各点等分辨率、等精度的图像采集，实现对曲面的高质量成像。

Description

一种曲面展开成像装置及方法

技术领域

本发明涉及视觉应用中的成像装置及方法，尤其是指一种曲面展开成像装置及方法。

背景技术

对于曲面成像，现有常规做法是沿着待测曲面布置多台相机，经各自进行照相后处理而成。如图1所示，沿着待测待测曲面10周边均匀布置多台相机11-14，每台相机负责待测曲面的一部分区域的照相（图1中每个相机引出的双点虚线所涉及到的待测待测曲面10的范围为该相机对应的照相范围），然后处理而成一张完整的待测待测曲面像。

如图1所示，使用多台相机可以覆盖全部待测待测曲面10的范围。但是也存在一系列的问题：如图2所示，单个相机13所拍摄到的图像范围中，待测曲面10上的各点与相机中心点之间的距离不是一致的，最近与最远的点相差距离为H，从而直接导致相机中所拍摄图像分辨率出现显著地差异，严重的，会产生成像不清晰的现象。另外，图1所示的成像方式，如果实际应用中存在成像空间限制的话，将会无法部署各相机的位置。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种曲面展开成像装置，该装置不仅能使曲面成像清晰，提高了曲面成像质量，还能最大限度的降低对成像空间的需求。

本发明的另一目的是提供一种曲面展开成像方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种曲面展开成像装置，其包含：

一组自聚焦光纤阵列，是由多数根自聚焦光纤按照待测曲面的形状相对应组合的线性排列，使各单根自聚焦光纤的头部与待测曲面的相对距离保持一致，每根自聚焦光纤的头部固定有聚焦光线的透镜及成像用光源，每根自聚焦光纤将其对应的待测曲面的聚焦范围部分的反射光吸收进光纤，并进行传导；

相机，是带有CCD图像传感器的相机，CCD图像传感器的靶面像素个数大于自聚焦光纤阵列中自聚焦光纤的根数，CCD图像传感器的靶面像素与所述自聚焦光纤阵列中的多数根自聚焦光纤对应相连，CCD图像传感器将自聚焦光纤阵列传递来的反射光信号转换成图像信号，并由相机中的成像处理器将待测曲面展开成平面成像。

所述自聚焦光纤阵列的排列密度由成像所需的分辨率决定，所需的分辨率高，排列密度密，反之，则排列密度疏。

所述单根自聚焦光纤的光源是环形发光光源。

本发明的另一目的是通过以下技术方案实现的：

一种曲面展开成像方法，其包含以下步骤：

S1，利用一组线性排列的自聚焦光纤阵列吸收待测曲面上的反射光，并进行传导：

自聚焦光纤阵列是由多数根自聚焦光纤按照待测曲面的形状相对应组合的线性排列，使各单根自聚焦光纤的头部与待测曲面的相对距离保持一致，每根自聚焦光纤的头部固定有聚焦光线的透镜及成像用光源，每根自聚焦光纤将其对应的待测曲面的聚焦范围部分的反射光吸收进光纤，并进行传导；

S2，利用带有CCD图像传感器的相机将自聚焦光纤阵列传导的反射光信号转换成图像信号，并由相机中的成像处理器将待测曲面展开成平面成像：

CCD图像传感器的靶面像素个数大于自聚焦光纤阵列中自聚焦光纤的根数，CCD图像传感器的靶面像素与所述自聚焦光纤阵列中的多数根自聚焦光纤对应相连，CCD图像传感器将自聚焦光纤阵列传递来的反射光信号转换成图像信号，并由相机中的成像处理器将待测曲面展开成平面成像。

所述自聚焦光纤阵列的排列密度由成像所需的分辨率决定，所需的分辨率高，排列密度密，反之，则排列密度疏。

所述单根自聚焦光纤的光源是环形发光光源。

本发明的有益效果：

本发明的曲面展开成像装置及方法提出的技术方案，能够有效降低成像所需要的相机个数，降低了系统成本，且能够实现在狭窄空间内成像，减少了安装成像系统所需要的空间。本发明能实现相机到待测曲面各点等分辨率、等精度的图像采集，从而实现对待测曲面高质量成像，能为后续曲面表面质量在线检测系统输入高清晰图像，而有利于数据检测的正确性。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为现有曲面成像装置示意图；

图2为图1中单个相机所拍摄到的曲面上各点与相机之间距离不一致的示意图；

图3为本发明曲面展开成像装置实施例之一的示意图；

图4为本发明曲面展开成像装置实施例之二的示意图；

图5为图3中自聚焦光纤阵列线性排列的示意图；

图6为图3中单根自聚焦光纤的头部结构图；

图7为图3装置成像示意图；

图8为本发明曲面展开成像方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例的附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

本发明是通过将待测曲面展成平面后进行高清晰成像。由于待测曲面是实际的物理曲面，无法进行展开成像，因此，本发明是通过光学方法将待测曲面进行展开成像。

参见图3，本发明的曲面展开成像装置包含：

一组自聚焦光纤阵列31，是由多数根自聚焦光纤311按照待测曲面30的形状相对应组合排列，使各单根自聚焦光纤的头部与待测曲面的相对距离保持一致，例如：图3所示的实施例中，待测曲面30的形状是波浪形曲面，自聚焦光纤阵列31为单排波浪形光纤阵列，并各单根自聚焦光纤311的头部与待测曲面30的相对距离保持一致，又例如：图4所示的实施例中，待测曲面40的形状是圆形曲面，自聚焦光纤阵列41为圆线形排列的光纤阵列，并各单根自聚焦光纤411的头部与待测曲面40的相对距离保持一致；圆形排列的自聚焦光纤阵列41中的单根自聚焦光纤411与单排波浪形排列的自聚焦光纤阵列31中的单根自聚焦光纤311结构相同，因此在下面对自聚焦光纤阵列的进一步说明中均采用图3所示实施例中的自聚焦光纤阵列31；如图5所示，自聚焦光纤阵列31中光纤的排列是线性排列，实现了将曲面展成平面进行成像，排列密度由成像所需的分辨率决定，所需的分辨率高，则排列密度密，反之，则排列密度疏；如图6所示，每根自聚焦光纤311的头部固定有聚焦光线的透镜312及成像用光源313（光源313是一种固定在自聚焦光纤311头部的环形发光光源），每根自聚焦光纤311的头部能够将其对应的待测曲面30表面的聚焦范围部分33（如图3中的第一根自聚焦光纤311所对应的待测曲面30表面的聚焦范围部分）的反射光吸收进光纤311，并传导到下面要提到的相机32中；

相机32，是带有CCD图像传感器的相机，CCD图像传感器的靶面像素与所述自聚焦光纤阵列31中的多数根自聚焦光纤311对应相连，所述CCD图像传感器将自聚焦光纤阵列31传递过来的反射光信号转换成图像信号，由相机中成像处理器成像，CCD的靶面像素个数必须大于自聚焦光纤阵列31中自聚焦光纤311的根数。

如图7、图3及图6所示，上述装置中自聚焦光纤阵列31中各自聚焦光纤311头部的成像用光源313照射到待测曲面30对应的聚焦范围部分，并由各自聚焦光纤311吸收该部分的反射光再传送到相机32的靶面321，实现了将曲面展开成平面进行成像，且在成像过程中，保持分辨率一致，提高了成像质量。

参见图8，本发明曲面展开成像方法包含以下步骤：

S1，利用一组线性排列的自聚焦光纤阵列吸收待测曲面上的反射光，并进行传导：

自聚焦光纤阵列是由多数根自聚焦光纤按照待测曲面的形状相对应组合的线性排列，使各单根自聚焦光纤的头部与待测曲面的相对距离保持一致，每根自聚焦光纤的头部固定有聚焦光线的透镜及成像用光源，每根自聚焦光纤将其对应的待测曲面的聚焦范围部分的反射光吸收进光纤，并进行传导；

S2，利用带有CCD图像传感器的相机将自聚焦光纤阵列传导的反射光信号转换成图像信号，并由相机中的成像处理器将待测曲面展开成平面成像：

CCD图像传感器的靶面像素个数大于自聚焦光纤阵列中自聚焦光纤的根数，CCD图像传感器的靶面像素与所述自聚焦光纤阵列中的多数根自聚焦光纤对应相连，CCD图像传感器将自聚焦光纤阵列传递来的反射光信号转换成图像信号，并由相机中的成像处理器将待测曲面展开成平面成像。

所述自聚焦光纤阵列的排列密度由成像所需的分辨率决定，所需的分辨率高，排列密度密，反之，则排列密度疏。

所述单根自聚焦光纤的光源是环形发光光源。

本发明适用于高速线棒材在线检测系统中的成像系统，应用本发明的成像方法，只需要沿棒材四周布置光纤阵列，通过光纤阵列将图像信号传递给图像传感器，就可实现棒材四周圆曲面的等分辨率、等精度的测量。例：本发明使用在线材直径为10mm，则线材周长为31.4mm的高速线棒材在线检测系统中，系统设计测量精度为0.01mm，则需要3140根自聚焦光纤构成自聚焦光纤阵列，相机所需的像素个数为4096个。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (6)

1.一种曲面展开成像装置，其特征在于包含：

一组自聚焦光纤阵列，是由多数根自聚焦光纤按照待测曲面的形状相对应组合的线性排列，使各单根自聚焦光纤的头部与待测曲面的相对距离保持一致，每根自聚焦光纤的头部固定有聚焦光线的透镜及成像用光源，每根自聚焦光纤将其对应的待测曲面的聚焦范围部分的反射光吸收进光纤，并进行传导；

相机，是带有CCD图像传感器的相机，CCD图像传感器的靶面像素个数大于自聚焦光纤阵列中自聚焦光纤的根数，CCD图像传感器的靶面像素与所述自聚焦光纤阵列中的多数根自聚焦光纤对应相连，CCD图像传感器将自聚焦光纤阵列传递来的反射光信号转换成图像信号，并由相机中的成像处理器将待测曲面展开成平面成像。

2.如权利要求1所述的曲面展开成像装置，其特征在于：

所述自聚焦光纤阵列的排列密度由成像所需的分辨率决定，所需的分辨率高，排列密度密，反之，则排列密度疏。

3.如权利要求1所述的曲面展开成像装置，其特征在于：

所述单根自聚焦光纤的光源是环形发光光源。

4.一种曲面展开成像方法，其特征在于包含以下步骤：

S1，利用一组线性排列的自聚焦光纤阵列吸收待测曲面上的反射光，并进行传导：

自聚焦光纤阵列是由多数根自聚焦光纤按照待测曲面的形状相对应组合的线性排列，使各单根自聚焦光纤的头部与待测曲面的相对距离保持一致，每根自聚焦光纤的头部固定有聚焦光线的透镜及成像用光源，每根自聚焦光纤将其对应的待测曲面的聚焦范围部分的反射光吸收进光纤，并进行传导；

S2，利用带有CCD图像传感器的相机将自聚焦光纤阵列传导的反射光信号转换成图像信号，并由相机中的成像处理器将待测曲面展开成平面成像：

CCD图像传感器的靶面像素个数大于自聚焦光纤阵列中自聚焦光纤的根数，CCD图像传感器的靶面像素与所述自聚焦光纤阵列中的多数根自聚焦光纤对应相连，CCD图像传感器将自聚焦光纤阵列传递来的反射光信号转换成图像信号，并由相机中的成像处理器将待测曲面展开成平面成像。

5.如权利要求4所述的曲面展开成像方法，其特征在于：

所述自聚焦光纤阵列的排列密度由成像所需的分辨率决定，所需的分辨率高，排列密度密，反之，则排列密度疏。

6.如权利要求4所述的曲面展开成像方法，其特征在于：

所述单根自聚焦光纤的光源是环形发光光源。