CN105547342B - 基于液晶面板的工业镜头测试装置及方法 - Google Patents

基于液晶面板的工业镜头测试装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于液晶面板的工业镜头测试装置及方法，装置包括上位机、图像生成器和液晶面板，上位机的测试图案数据输出端连接图像生成器，图像生成器使液晶面板显示测试图案，显示的测试图案在工业镜头上成像，上位机从工业相机获取工业镜头的成像参数并将获取的工业镜头成像参数与标准成像参数进行对比。方法为：上位机生成多幅测试图案；液晶面板将测试图案逐一显示，工业相机对每幅测试图案进行拍照；上位机从每幅测试图案的图像数据中提取镜头成像参数；将被测工业镜头各个成像参数分别与对应的标准参数进行对比。本发明减少了对工业镜头的不同性能参数测试时需要使用相对应的不同标准测试卡的步骤，简化了测试流程。

Description

基于液晶面板的工业镜头测试装置及方法
技术领域
本发明涉及机器视觉中工业镜头的测试领域，具体地指一种基于液晶面板的工业镜头测试装置及方法。
背景技术
工业镜头是机器视觉系统中的重要组件，工业镜头的主要作用是将被测目标成像在图像传感器的光敏面上。工业镜头的质量对成像质量有着关键性的作用，直接影响到机器视觉系统的整体性能。由于工业镜头的各主要参数都会对成像指标产生影响，因而对工业镜头进行综合测试评估是机器视觉系统设计的重要环节。
传统的工业镜头测试采用对标准测试卡进行取像分析的方法。该方法在对工业镜头的不同性能参数测试时需要使用相对应的不同标准测试卡。在对不同的测试卡进行测试时，需要对测试系统重新调试与定标，使得整个测试过程繁杂而耗时。因此，有必要发明一种灵活简便的镜头测试方法，对工业镜头的主要性能参数进行快速的综合评估。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述现有技术存在的不足，提供一种基于液晶面板的工业镜头测试装置及方法，该装置及方法利用液晶面板的可编程特性，灵活地显示不同测试图案用于对工业镜头的不同参数进行测试，并对液晶面板显示的图案进行自动取像分析，实现对工业镜头各主要性能指标的快速综合测试，同时还可通过自定义液晶面板显示的图案，对镜头的实际成像效果进行判断。
为实现此目的，本发明所设计的基于液晶面板的工业镜头测试装置，它包括上位机、图像生成器和液晶面板，其中，上位机的测试图案数据输出端连接图像生成器的测试图案数据输入端，图像生成器的测试图案显示信号输出端连接液晶面板的显示信号输入端，所述液晶面板显示的测试图案能在工业相机的工业镜头上成像，上位机的反馈信号输入端用于从工业相机获取工业镜头的成像参数，上位机能将获取的工业镜头成像参数与对应的工业镜头标准成像参数进行对比实现对工业镜头的性能进行是否合格的判断。
可选择的，液晶面板与工业镜头之间的距离保证工业镜头的成像视场完全覆盖液晶面板显示的测试图案。
可选择的，工业镜头与工业相机光感面之间的距离保证液晶面板显示的测试图案中的每一个像素都通过工业镜头在工业相机光感面上成像。
一种基于液晶面板的工业镜头测试方法，它包括如下步骤：
步骤1：在上位机中生成与被测工业镜头的多个成像参数相对应的多幅测试图案；
步骤2：上位机选择上述多幅测试图案中的一幅传输给液晶面板进行显示，并使工业镜头的成像视场能够完全覆盖液晶面板显示的测试图案，然后保证液晶面板显示的测试图案中的每一个像素都能通过工业镜头在工业相机光感面上成像；
步骤3：液晶面板将步骤1生成的测试图案逐一进行显示，工业相机控制工业镜头分别对每幅测试图案进行拍照，工业相机将拍照获得的每幅测试图案的图像数据上传给上位机；
步骤4：上位机从步骤3获取的每幅测试图案的图像数据中提取对应的被测工业镜头成像参数；
步骤5：将步骤4获得的被测工业镜头各个成像参数分别与对应的工业镜头各个标准成像参数进行对比，从而实现对被测工业镜头的性能进行是否合格的判断。
可选择的，所述步骤1中，所述被测工业镜头的多个成像参数包括工业镜头的分辨率参数、工业镜头的镜头畸变参数和工业镜头的成像均匀性参数中的至少两种。
可选择的，所述步骤1中，所述工业镜头的分辨率参数对应不同周期的光栅图案，所述工业镜头的镜头畸变参数对应网格图案，所述工业镜头的成像均匀性参数对应全白图案；
可选择的，所述步骤3中，液晶面板将步骤1生成的不同周期的光栅图案、网格图案和全白图案逐一进行显示，工业相机控制工业镜头分别对不同周期的光栅图案、网格图案和全白图案进行拍照，从而获得不同周期的光栅图案的图像数据、网格图案的图像数据和全白图案的图像数据，工业相机将拍照获得的上述不同周期的光栅图案的图像数据、网格图案的图像数据和全白图案的图像数据上传给上位机。
可选择的，所述步骤4中，上位机从步骤3获取的不同周期的光栅图案的图像数据中提取对应的被测工业镜头成像参数的方法为，分析不同周期的光栅图案的图像的对比度，获取被测工业镜头的成像强度传递函数数据，根据该被测工业镜头的成像强度传递函数数据获取对应的被测工业镜头的分辨率参数；
可选择的，上位机从步骤3获取的网格图案的图像数据中提取对应的被测工业镜头成像参数的方法为，用直线连接网格图案成像图边缘线条两端点，找出该直线的中心点，该中心点到上述网格图案成像图边缘线条的垂直距离即为畸变的绝对值，该绝对值与网格图案成像图边缘线条长度一半的比值为被测工业镜头的镜头畸变量参数；
可选择的，上位机从步骤3获取的全白图案的图像数据中提取对应的被测工业镜头成像参数的方法为，分析全白图案沿全白图案对角线上的成像强度分布，获取被测工业镜头的成像强度衰减特性数据，根据该测工业镜头的成像强度衰减特性数据获取对应的被测工业镜头成像均匀性参数。
可选择的，所述步骤5中，将步骤4获得的被测工业镜头的分辨率参数、被测工业镜头的镜头畸变量参数和被测工业镜头成像均匀性参数分别与对应的工业镜头标准分辨率参数、工业镜头标准镜头畸变量参数及工业镜头标准成像均匀性参数进行对比，从而实现对被测工业镜头的性能进行是否合格的判断。
可选择的，所述步骤5中，当被测工业镜头的分辨率参数、被测工业镜头的镜头畸变量参数和被测工业镜头成像均匀性参数分别与对应的工业镜头标准分辨率参数、工业镜头标准镜头畸变量参数及工业镜头标准成像均匀性参数进行对比时，有一组比对结果不一致，则说明被测工业镜头性能不合格。
可选择的，所述步骤1中上位机还可生成自定义图像；
可选择的，所述步骤3中液晶面板将自定义图像进行显示，工业相机控制工业镜头对自定义图像进行拍照，并将拍照得到的自定义图像的图像数据上传给上位机；
可选择的，所述步骤4中上位机从步骤3获取的自定义图像的图像数据中提取成像清晰度参数和成像均匀性参数；
可选择的，所述步骤5中，将步骤4获得的成像清晰度参数和成像均匀性参数分别与对应的工业镜头标准成像清晰度参数和工业镜头标准成像均匀性参数进行对比，从而实现对被测工业镜头的性能进行是否合格的判断。
本发明适用于所有的工业镜头测试，有如下优点：
1)相对于传统的标准测试卡取像分析测试法，本发明减少了对工业镜头的不同性能参数测试时需要使用相对应的不同标准测试卡的步骤，简化了工业镜头测试流程。
2)本发明适用于各类工业镜头测试，对于不同的工业镜头，只需一次调节成像，提高了工业镜头测试效率。
3)本发明可以根据不同的工业镜头与不同的应用需求自定义测试参数及对应的测试图案进行测试，满足了灵活多变的工业镜头测试要求。
4)本发明操作过程简单，具有容易实现、适用性强、实用性高等特点。
附图说明
图1：为本发明结构框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图1所述的基于液晶面板的工业镜头测试装置，它包括上位机、图像生成器和液晶面板，其中，上位机的测试图案数据输出端连接图像生成器的测试图案数据输入端，图像生成器的测试图案显示信号输出端连接液晶面板的显示信号输入端，所述液晶面板显示的测试图案能在工业相机的工业镜头上成像，上位机的反馈信号输入端用于从工业相机获取工业镜头的成像参数，上位机能将获取的工业镜头成像参数与对应的工业镜头标准成像参数进行对比实现对工业镜头的性能进行是否合格的判断。
上述技术方案中，液晶面板与工业镜头之间的距离保证工业镜头的成像视场完全覆盖液晶面板显示的测试图案。该设计保证了工业镜头测试的准确性。
上述技术方案中，工业镜头与工业相机光感面之间的距离保证液晶面板显示的测试图案中的每一个像素都通过工业镜头在工业相机光感面上成像。该设计进一步保证了工业镜头测试的准确性。
本实施例中的上位机优选计算机、手持电脑或平板电脑。
一种基于液晶面板的工业镜头测试方法，如图1所示，该方法首先根据所需测量的工业镜头参数生成对应的测试电子图案；然后将生成的测试电子图案通过计算机导入到图像产生器中；然后调节工业镜头的工作距离使其视场覆盖整个液晶面板所显示的图案，并对工业镜头进行调焦使液晶面板能够清晰地成像在工业相机的感光面上；然后图像产生器将测试电子图案依次传递到液晶面板并在液晶面板上显示；然后被测工业镜头将每一幅电子图案成像在相机感光面上，连接相机的计算机记录下对应的每一幅图像；然后对每一幅图像进行处理，分析计算出对应的工业镜头参数；最后根据所获取的参数对工业镜头是否满足应用要求进行判断。
以上方法具体包括如下步骤：
步骤1：在上位机中生成与被测工业镜头的多个成像参数相对应的多幅测试图案；
步骤2：上位机选择上述多幅测试图案中的一幅传输给液晶面板进行显示，再调节工业镜头与液晶面板之间的距离，使工业镜头的成像视场能够完全覆盖液晶面板显示的测试图案，然后调节工业镜头与工业相机光感面之间的距离，使液晶面板显示的测试图案中的每一个像素都能通过工业镜头在工业相机光感面上清晰成像；
步骤3：液晶面板将步骤1生成的测试图案逐一进行显示，工业相机控制工业镜头分别对每幅测试图案进行拍照，工业相机将拍照获得的每幅测试图案的图像数据上传给上位机，上位机采集并保存每一幅测试图案；
步骤4：上位机通过内部的图像分析软件从步骤3获取的每幅测试图案的图像数据中提取对应的被测工业镜头成像参数；
步骤5：将步骤4获得的被测工业镜头各个成像参数分别与对应的工业镜头各个标准成像参数进行对比，从而实现对被测工业镜头的性能进行是否合格的判断。当被测工业镜头各个成像参数分别与对应的工业镜头各个标准成像参数进行对比的结果中，有一组(被测工业镜头成像参数与对应的工业镜头标准成像参数)对比结果不一致，则说明被测工业镜头性能不合格，反之(对比结果全部一致)则说明被测工业镜头性能合格。
上述技术方案的步骤2中的整个过程是对工业镜头的工位进行调整，以使工业镜头能满足后续测试的要求，保证测试结果的准确性。
上述技术方案的步骤1中，所述被测工业镜头的多个成像参数包括工业镜头的分辨率参数、工业镜头的镜头畸变参数和工业镜头的成像均匀性参数中的至少两种。在被测工业镜头的成像参数为两个及以上时，本发明的测试效率明显高于标准测试卡。
上述技术方案的步骤1中，所述工业镜头的分辨率参数对应不同周期的光栅图案，所述工业镜头的镜头畸变参数对应网格图案，所述工业镜头的成像均匀性参数对应全白图案；该参数和图案的对应关系为标准对应关系。
上述技术方案的步骤3中，液晶面板将步骤1生成的不同周期的光栅图案、网格图案和全白图案逐一进行显示，工业相机控制工业镜头分别对不同周期的光栅图案、网格图案和全白图案进行拍照，从而获得不同周期的光栅图案的图像数据、网格图案的图像数据和全白图案的图像数据，工业相机将拍照获得的上述不同周期的光栅图案的图像数据、网格图案的图像数据和全白图案的图像数据上传给上位机。
上述技术方案的步骤2中，上位机通过图像生成器将生成的全白图案传送给液晶面板进行显示。上述全白图案利于技术人员判断液晶面板显示的测试图案(全白图案)中的每一个像素是否都通过工业镜头在工业相机光感面上清晰成像。进一步的保证了工业镜头测试的准确性。
上述技术方案的步骤4中，上位机从步骤3获取的不同周期的光栅图案的图像数据中提取对应的被测工业镜头成像参数的方法为，分析不同周期的光栅图案的图像的对比度，获取被测工业镜头的成像强度传递函数数据，根据该被测工业镜头的成像强度传递函数数据获取对应的被测工业镜头的分辨率参数；
上位机从步骤3获取的网格图案的图像数据中提取对应的被测工业镜头成像参数的方法为，用直线连接网格图案成像图边缘线条两端点，找出该直线的中心点，该中心点到上述网格图案成像图边缘线条的垂直距离即为畸变的绝对值，该绝对值与网格图案成像图边缘线条长度一半的比值为被测工业镜头的镜头畸变量参数；
上位机从步骤3获取的全白图案的图像数据中提取对应的被测工业镜头成像参数的方法为，分析全白图案沿全白图案对角线上的强度分布，获取被测工业镜头的成像强度衰减特性数据，根据该测工业镜头的成像强度衰减特性数据获取对应的被测工业镜头成像均匀性参数。以上获取方法的准确性高，保证了工业镜头测试的准确性。
上述技术方案的步骤5中，将步骤4获得的被测工业镜头的分辨率参数、被测工业镜头的镜头畸变量参数和被测工业镜头成像均匀性参数分别与对应的工业镜头标准分辨率参数、工业镜头标准镜头畸变量参数及工业镜头标准成像均匀性参数进行对比，从而实现对被测工业镜头的性能进行是否合格的判断。测试参数与标准参数直接对比确保了被测工业镜头性能判断的准确性。
上述技术方案的步骤1中，在上位机内利用编程或绘图软件生成与被测工业镜头的多个成像参数相对应的多幅测试图案。
上述技术方案的步骤3中，图像生成器将测试图案逐一发送给液晶面板进行显示。
上述技术方案的步骤5中，当被测工业镜头的分辨率参数、被测工业镜头的镜头畸变量参数和被测工业镜头成像均匀性参数分别与对应的工业镜头标准分辨率参数、工业镜头标准镜头畸变量参数及工业镜头标准成像均匀性参数进行对比时，有一组比对结果不一致，则说明被测工业镜头性能不合格，反之(对比结果全部一致)则说明被测工业镜头性能合格。
本发明的所述步骤1中，上位机还可生成自定义图像；
与其对应的，所述步骤3中液晶面板将自定义图像进行显示，工业相机控制工业镜头对自定义图像进行拍照，并将拍照得到的自定义图像的图像数据上传给上位机；
与其对应的，所述步骤4中上位机从步骤3获取的自定义图像的图像数据中提取成像清晰度参数和成像均匀性参数；
与其对应的，所述步骤5中，将步骤4获得的成像清晰度参数和成像均匀性参数分别与对应的工业镜头标准成像清晰度参数和工业镜头标准成像均匀性参数进行对比，从而实现对被测工业镜头的性能进行是否合格的判断。上述利用自定义图像对工业镜头进行测试的方式，满足了灵活多变的工业镜头测试要求。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种基于液晶面板的工业镜头测试装置，其特征在于：它包括上位机、图像生成器和液晶面板，其中，上位机的测试图案数据输出端连接图像生成器的测试图案数据输入端，图像生成器的测试图案显示信号输出端连接液晶面板的显示信号输入端，所述液晶面板显示的测试图案能在工业相机的工业镜头上成像，上位机的反馈信号输入端用于从工业相机获取工业镜头的成像参数，上位机能将获取的工业镜头成像参数与对应的工业镜头标准成像参数进行对比实现对工业镜头的性能进行是否合格的判断；
所述上位机用于生成与被测工业镜头的多个成像参数相对应的多幅测试图案；工业相机用于控制工业镜头分别对每幅测试图案进行拍照，并将拍照获得的每幅测试图案的图像数据上传给上位机；上位机还用于从每幅测试图案的图像数据中提取对应的被测工业镜头成像参数，并将被测工业镜头各个成像参数分别与对应的工业镜头各个标准成像参数进行对比。
2.根据权利要求1所述的基于液晶面板的工业镜头测试装置，其特征在于：液晶面板与工业镜头之间的距离保证工业镜头的成像视场完全覆盖液晶面板显示的测试图案。
3.根据权利要求1或2所述的基于液晶面板的工业镜头测试装置，其特征在于：工业镜头与工业相机光感面之间的距离保证液晶面板显示的测试图案中的每一个像素都通过工业镜头在工业相机光感面上成像。
4.一种基于液晶面板的工业镜头测试方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：在上位机中生成与被测工业镜头的多个成像参数相对应的多幅测试图案；
步骤2：上位机选择上述多幅测试图案中的一幅传输给液晶面板进行显示，并使工业镜头的成像视场能够完全覆盖液晶面板显示的测试图案，然后保证液晶面板显示的测试图案中的每一个像素都能通过工业镜头在工业相机光感面上成像；
步骤3：液晶面板将步骤1生成的测试图案逐一进行显示，工业相机控制工业镜头分别对每幅测试图案进行拍照，工业相机将拍照获得的每幅测试图案的图像数据上传给上位机；
步骤4：上位机从步骤3获取的每幅测试图案的图像数据中提取对应的被测工业镜头成像参数；
步骤5：将步骤4获得的被测工业镜头各个成像参数分别与对应的工业镜头各个标准成像参数进行对比，从而实现对被测工业镜头的性能进行是否合格的判断。
5.根据权利要求4所述的基于液晶面板的工业镜头测试方法，其特征在于：所述步骤1中，所述被测工业镜头的多个成像参数包括工业镜头的分辨率参数、工业镜头的镜头畸变参数和工业镜头的成像均匀性参数中的至少两种。
6.根据权利要求5所述的基于液晶面板的工业镜头测试方法，其特征在于：所述步骤1中，所述工业镜头的分辨率参数对应不同周期的光栅图案，所述工业镜头的镜头畸变参数对应网格图案，所述工业镜头的成像均匀性参数对应全白图案；
所述步骤3中，液晶面板将步骤1生成的不同周期的光栅图案、网格图案和全白图案逐一进行显示，工业相机控制工业镜头分别对不同周期的光栅图案、网格图案和全白图案进行拍照，从而获得不同周期的光栅图案的图像数据、网格图案的图像数据和全白图案的图像数据，工业相机将拍照获得的上述不同周期的光栅图案的图像数据、网格图案的图像数据和全白图案的图像数据上传给上位机。
7.根据权利要求6所述的基于液晶面板的工业镜头测试方法，其特征在于：所述步骤4中，上位机从步骤3获取的不同周期的光栅图案的图像数据中提取对应的被测工业镜头成像参数的方法为，分析不同周期的光栅图案的图像的对比度，获取被测工业镜头的成像强度传递函数数据，根据该被测工业镜头的成像强度传递函数数据获取对应的被测工业镜头的分辨率参数；
上位机从步骤3获取的网格图案的图像数据中提取对应的被测工业镜头成像参数的方法为，用直线连接网格图案成像图边缘线条两端点，找出该直线的中心点，该中心点到上述网格图案成像图边缘线条的垂直距离即为畸变的绝对值，该绝对值与网格图案成像图边缘线条长度一半的比值为被测工业镜头的镜头畸变量参数；
上位机从步骤3获取的全白图案的图像数据中提取对应的被测工业镜头成像参数的方法为，分析全白图案沿全白图案对角线上的成像强度分布，获取被测工业镜头的成像强度衰减特性数据，根据该测工业镜头的成像强度衰减特性数据获取对应的被测工业镜头成像均匀性参数。
8.根据权利要求7所述的基于液晶面板的工业镜头测试方法，其特征在于：所述步骤5中，将步骤4获得的被测工业镜头的分辨率参数、被测工业镜头的镜头畸变量参数和被测工业镜头成像均匀性参数分别与对应的工业镜头标准分辨率参数、工业镜头标准镜头畸变量参数及工业镜头标准成像均匀性参数进行对比，从而实现对被测工业镜头的性能进行是否合格的判断。
9.根据权利要求8所述的基于液晶面板的工业镜头测试方法，其特征在于：所述步骤5中，当被测工业镜头的分辨率参数、被测工业镜头的镜头畸变量参数和被测工业镜头成像均匀性参数分别与对应的工业镜头标准分辨率参数、工业镜头标准镜头畸变量参数及工业镜头标准成像均匀性参数进行对比时，有一组比对结果不一致，则说明被测工业镜头性能不合格。
10.根据权利要求4所述的基于液晶面板的工业镜头测试方法，其特征在于：所述步骤1中上位机还可生成自定义图像；
所述步骤3中液晶面板将自定义图像进行显示，工业相机控制工业镜头对自定义图像进行拍照，并将拍照得到的自定义图像的图像数据上传给上位机；
所述步骤4中上位机从步骤3获取的自定义图像的图像数据中提取成像清晰度参数和成像均匀性参数；
所述步骤5中，将步骤4获得的成像清晰度参数和成像均匀性参数分别与对应的工业镜头标准成像清晰度参数和工业镜头标准成像均匀性参数进行对比，从而实现对被测工业镜头的性能进行是否合格的判断。
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