CN108156359A - 智能工业相机 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于机器视觉技术领域，提供了一种智能工业相机，该智能工业相机包括：控制模块；采集图像的图像采集模块；所述图像采集模块包括自动调焦单元；对采集的所述图像进行预处理的前端预处理模块；对预处理后的所述图像进行分析的图像分析模块；所述控制模块分别与所述图像采集模块、所述前端预处理模块和所述图像分析模块连接；所述图像采集模块与所述前端预处理模块连接，所述前端预处理模块与所述图像分析模块连接。本发明提供的智能工业相机能够实现小型化，便于安装布局，并且能够实现自动调焦，简单方便。

Description

智能工业相机
技术领域
本发明属于机器视觉技术领域，尤其涉及一种智能工业相机。
背景技术
随着工业自动化程度水平的不断提高，利用机器视觉来取代人眼来做测量和判断是发展的潮流。机器视觉处理系统可以快速的获取图像信息，实现自动处理，并与其他加工控制信息集成，用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。传统的机器视觉处理系统是由计算机(工控机)、工业相机和上位机组成，该机器视觉处理系统体积大、布线要求高，不利于生产线的安装。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种智能工业相机，以解决现有技术中机器视觉处理系统不利于生产线的安装的问题。
本发明实施例提供了一种智能工业相机，包括：
控制模块、图像采集模块、前端预处理模块和图像分析模块；其中，所述图像采集模块包括自动调焦单元；
所述控制模块分别与所述图像采集模块、所述前端预处理模块和所述图像分析模块连接；所述图像采集模块与所述前端预处理模块连接，所述前端预处理模块与所述图像分析模块连接；
所述控制模块控制所述图像采集模块采集图像，并将采集的所述图像发送至所述前端预处理模块；
所述控制模块控制所述前端预处理模块对采集的所述图像进行预处理，并将预处理后的所述图像发送至所述图像分析模块；
所述控制模块控制所述图像分析模块对预处理后的所述图像进行分析。
可选的，所述自动调焦单元包括可调焦镜头、测距单元和图像传感器；
所述测距单元与所述控制模块连接，所述可调焦镜头分别与所述控制模块和所述图像传感器连接，所述图像传感器与所述前端预处理模块连接。
进一步的，所述可调焦镜头包括镜头和第一控制电路；所述镜头与所述第一控制电路连接，所述第一控制电路与所述控制模块连接。
进一步的，所述测距单元包括激光测距子单元和第二控制电路，所述激光测距子单元与所述第二控制电路连接，所述第二控制电路与所述控制模块连接。
可选的，所述图像分析模块包括读取条形码的条码读取单元。
可选的，所述图像分析模块包括对图像表面进行检测的表面检测单元。
可选的，所述图像分析模块包括通过标定板实现坐标自标定的标定单元。
可选的，所述图像分析模块包括误差补偿单元。
可选的，所述图像分析模块包括识别目标的目标识别单元和跟踪目标的目标跟踪单元。
可选的，所述智能工业相机还包括联网模块和输入/输出接口模块。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例提供的智能工业相机包括控制模块、图像采集模块、前端预处理模块和图像分析模块，通过控制模块控制图像采集模块采集图像，并将图像发送至前端预处理模块，控制模块控制前端预处理模块对采集的图像进行预处理，并将预处理后的图像发送至图像分析模块，由控制模块控制图像分析模块对预处理后的图像进行分析。本发明实施例将控制模块、图像采集模块、前端预处理模块和图像分析模块集成在智能工业相机中，使相机小型化，便于安装布局，能够快速部署到自动化系统或机器人系统中，并且，图像采集模块包括自动调焦单元，可以实现自动调焦，简单方便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的智能工业相机的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的智能工业相机的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的智能工业相机的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的智能工业相机的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的智能工业相机的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
请参考图1，智能工业相机包括：控制模块101、图像采集模块102、前端预处理模块103和图像分析模块104。所述控制模块101分别与所述图像采集模块102、所述前端预处理模块103和所述图像分析模块104连接。所述图像采集模块102与所述前端预处理模块103连接，所述前端预处理模块103与所述图像分析模块104连接。所述控制模块101控制所述图像采集模块102采集图像，并将采集的所述图像发送至所述前端预处理模块103，所述控制模块101控制所述前端预处理模块103对采集的所述图像进行预处理，预处理包括但不限于自动白平衡(Automatic White Balance,AWB)、自动曝光(Automatic Exposure,AE)、各向异性过滤(Anisotropic Filtering,AF)、去噪、优化和校正，并将预处理后的所述图像发送至所述图像分析模块104，所述控制模块101控制所述图像分析模块104对预处理后的所述图像进行分析。所述图像采集模块102还包括自动调焦单元。
在本发明实施例中，图像分析模块104包括但不限于专用集成芯片(ApplicationSpecific Integrated Circuit,ASIC)、数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)芯片、ARM处理器、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)芯片和FPGA与ARM的异构芯片、DSP与ARM的异构芯片。优选的，本发明实施例使用FPGA与ARM的异构芯片，FPGA通过对图像的边缘提取和硬件二值化实现硬件加速，ARM芯片中植入多种图像分析算法实现对预处理后的图像进行分析，图像分析算法包括但不限于欧洲物品编码(European Article Number,EAN-13)译码算法、快速反应(Quick Response,QR)码译码算法、表面检测算法、坐标标定算法、夹具误差补偿算法和目标识别跟踪算法。
前端预处理模块103为图像信号处理器(Image Signal Processing,ISP)，通过ISP能够实现自动白平衡、自动曝光、镜头畸变校正及其线性纠正、噪点去除、坏点修补、颜色差值等图像预处理功能，采集的图像经ISP预处理，将采集的图像进行优化。
本发明实施例提供的智能工业相机包括控制模块101、图像采集模块102、前端预处理模块103和图像分析模块104，通过控制模块101控制图像采集模块102采集图像，并将图像发送至前端预处理模块102，控制模块101控制前端预处理模块对采集的图像进行预处理，并将预处理后的图像发送至图像分析模块103，由控制模块101控制图像分析模块103对预处理后的图像进行分析。本发明实施例将控制模块101、图像采集模块102、前端预处理模块103和图像分析模块104集成在智能工业相机中，使相机小型化，便于安装布局，并且，图像采集模块102包括自动调焦单元1021，可以实现自动调焦，简单方便。
可选的，如图2所示，自动调焦单元包括可调焦镜头201、测距单元202和图像传感器203。所述测距单元202与所述控制模块101连接，所述可调焦镜头201分别与所述控制模块101和所述图像传感器203连接，所述图像传感器203与所述前端预处理模块103连接，所述前端预处理模块103与控制模块101连接。
在本发明实施例中，图像传感器203将采集的图像发送至前端预处理模块103，经前端预处理模块103对采集的图像进行预处理，将预处理后的图像发送至控制模块101，控制模块101根据预处理后的图像确定是否需要调焦，在需要调焦时，控制模块101控制测距单元202确定可调焦镜头与待拍摄物体之间的距离，控制模块101根据可调焦镜头与待拍摄物体之间的距离控制可调焦镜头201调整焦距。图像传感器包括但不限于电荷耦合元件(Charged Coupled Device,CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(ComplementaryMental Oxide Semiconductor,CMOS)图像传感器。优选的，图像传感器203采用设有移动产业处理器接口(Mobile Industry Processor Interface,MIPI)的CMOS图像传感器。
进一步的，请参考图3，所述可调焦镜头包括镜头301和第一控制电路302。所所述镜头301与所述第一控制电路302连接，所述第一控制电路302与所述控制模块101连接。
在本发明实施例中，控制模块101控制测距单元测量镜头与待拍摄物体之间的距离，并根据该距离控制第一控制电路302，由第一控制电路302控制镜头301调焦。镜头301包括但不限于液态镜头和音圈马达镜头。液态镜头基于液体的表面张力改变透镜的焦距；音圈马达通过线圈磁场强度变化改变透镜与传感器靶面的距离。
进一步的，如图4所示，所述测距单元包括激光测距子单元401和第二控制电路402，所述激光测距子单元401与所述第二控制电路402连接，所述第二控制电路402与所述控制模块101连接。
在本发明实施例中，控制模块101根据预处理后的图像判断是否需要调焦，在需要调焦时，控制模块101发送测距指令至第二控制电路402，第二控制电路402控制激光测距子单元测量401可调焦镜头与待拍摄物体之间的距离，并将该距离值反馈给控制模块101。激光测距子单元401采用飞行时间(Time of Fight,TOF)激光测距模组。
可选的，如图5所示，所述图像分析模块包括读取条形码的条码读取单元501。
在本发明实施例中，现有的多种设备上贴有条形码，通过条形码存储设备的信息，条形码包括一维条形码和二维条形码。在待拍摄物体上贴有条形码时，通过条码读取单元501可以读取条形码信息，进而获取设备信息。
可选的，如图5所示，所述图像分析模块包括对图像表面进行检测的表面检测单元502。
在本发明实施例中，通过表面检测单元502通过拍摄图像对待拍摄物体的表面进行识别和判断，表面检测单元502实现对预处理后的图像进行静态分割、自动分割、动态分割、膨胀、腐蚀、填充、相交、相减、连接、联合、连通域分析、轮廓排序和轮廓选择等。
可选的，如图5所示，所述图像分析模块包括通过标定板实现坐标自标定的标定单元503。传统的相机标定技术基于小孔成像模型，但是该技术物理模型近似效果差，当待拍摄物体与相机的位置发生改变时，需要重新进行坐标标定。本发明实施例提供的标定单元503通过标定板识别进行坐标自标定，精度高、简单、方便。
可选的，如图5所示，所述图像分析模块包括误差补偿单元504。通过误差补偿单元504实现安装在机械手上的智能相机与夹具中心的偏差。通过测量夹具中心的位置坐标、相机安装的位置坐标和采集的图像的质心进行误差补偿。
可选的，如图5所示，所述图像分析模块包括识别目标的目标识别单元505和跟踪目标的目标跟踪单元506。通过目标识别单元505和目标跟踪单元506实现对待拍摄物体的实时跟踪。
可选的，所述智能工业相机还包括联网模块和输入/输出接口模块。
在本发明实施例中，联网模块采用高速以太网芯片，通过联网模块实现数据的传输。通过输入/输出接口(Input/Output Interface,I/O Interface)模块输出图像分析模块的分析结果。
在本发明实施例中，不失一般性，以使用智能工业相机检测齿轮表面的缺陷及尺寸为例。首先，通过以太网将智能相机与上位机进行连接，通过上位机的配置界面配置智能工业相机的工作方式为表面检测，智能工业相机通过坐标标定单元实现坐标标定，通过图像采集单元采集图像，前端预处理单元对采集的图像进行预处理，图像分析模块对预处理后的图像进行分析，图像分析模块采用FPGA与ARM的异构芯片，FPGA对预处理后的图像进行边缘提取、二值化和模板匹配，从而实现硬件加速，通过ARM处理器运行计算负荷低的控制与处理代码，实现表面检测算法进行模板登记匹配并计算齿轮的质心、方向、大小和表面轮廓的完整性，最后输出检测结果。其中，图像处理中针对像素的操作属于计算负荷高的操作，适合通过FPGA或者DSP等计算单元并行化、流水化加速，降低运行时间，提高帧率，其他的判断、逻辑控制等操作，属于计算负荷低的操作。根据齿轮的检测指标IO接口输出高电平或低电平以表征检测的齿轮是否达标。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能工业相机，其特征在于，包括：
控制模块、图像采集模块、前端预处理模块和图像分析模块；其中，所述图像采集模块包括自动调焦单元；
所述控制模块分别与所述图像采集模块、所述前端预处理模块和所述图像分析模块连接；所述图像采集模块与所述前端预处理模块连接，所述前端预处理模块与所述图像分析模块连接；
所述控制模块控制所述图像采集模块采集图像，并将采集的所述图像发送至所述前端预处理模块；
所述控制模块控制所述前端预处理模块对采集的所述图像进行预处理，并将预处理后的所述图像发送至所述图像分析模块；
所述控制模块控制所述图像分析模块对预处理后的所述图像进行分析。
2.如权利要求1所述的智能工业相机，其特征在于，所述自动调焦单元包括：可调焦镜头、测距单元和图像传感器；
所述测距单元与所述控制模块连接，所述可调焦镜头分别与所述控制模块和所述图像传感器连接，所述图像传感器与所述前端预处理模块连接。
3.如权利要求2所述的智能工业相机，其特征在于，所述可调焦镜头包括镜头和第一控制电路；所述镜头与所述第一控制电路连接，所述第一控制电路与所述控制模块连接。
4.如权利要求2所述的智能工业相机，其特征在于，所述测距单元包括激光测距子单元和第二控制电路，所述激光测距子单元与所述第二控制电路连接，所述第二控制电路与所述控制模块连接。
5.如权利要求1所述的智能工业相机，其特征在于，所述图像分析模块包括读取条形码的条码读取单元。
6.如权利要求1所述的智能工业相机，其特征在于，所述图像分析模块包括对图像表面进行检测的表面检测单元。
7.如权利要求1所述的智能工业相机，其特征在于，所述图像分析模块包括通过标定板实现坐标自标定的标定单元。
8.如权利要求1所述的智能工业相机，其特征在于，所述图像分析模块包括误差补偿单元。
9.如权利要求1所述的智能工业相机，其特征在于，所述图像分析模块包括识别目标的目标识别单元和跟踪目标的目标跟踪单元。
10.如权利要求1至9任一项所述的智能工业相机，其特征在于，所述智能工业相机还包括联网模块和输入/输出接口模块。
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