CN109239067A - 一种小型化超短焦视觉成像检测方法 - Google Patents

一种小型化超短焦视觉成像检测方法 Download PDF

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张效栋
李泽骁
朱琳琳
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Abstract

本发明涉及一种小型化超短焦视觉成像检测方法，实现步骤如下：相关光学设计：根据成像焦距需求，设计成像单元及微透镜阵列单元摆放结构以及照明光源分布方式，并根据光学性能需求进行大面积微透镜阵列设计及优化；制造微透镜阵列单元；根据测量范围对微透镜阵列和成像单元进行拼接组合和直接贴合；进行成像实验装调，布置照明光源分布方式；调试图像拼接处理程序，及同步采集控制功能嵌入上位机中，完成装置搭建；将装置放置于检测现场中，进行现场检测。

Description

一种小型化超短焦视觉成像检测方法
技术领域
本发明涉及超精密加工及工业测量技术领域，尤其涉及一种小型化超短焦视觉成像检测 装置。
背景技术
在智能制造的发展大趋势下，视觉检测设备需要在现有系统上进行安装，但已有系统的 精巧设计为视觉检测安装提出了空间狭小、工作距离短等困难。针对人的视线不易到达的狭 小空间下的物体特征检测在在航空航天、汽车、能源和工业设备的检测及故障诊断等领域有 迫切的应用需求。然而，由于大部分测量系统体积较大，很少有适于狭窄空间中的测量的小 型化、超短焦的视觉装置。近年来，利用光学非接触法来检测物体特征信息成为研究热点， 但困难在于狭窄空间或不规则的容器内很难找到一个精确的参考平面或很难使被测量物体 的体积缩窄以适应实际测量条件。另一方面，视觉测量定位技术以图像为信息的载体，和计 算机技术紧密结合，具有非接触、全方位快速测量定位、高精度等特点，己被广泛应用于各 种测量任务中。因此研究一种小型化、超短焦的对物体特征检测等实际操作的装置具有重要 意义。
发明内容
本发明提供了一种可以在狭窄的空间范围内放置成像装置，并对超短焦距(小于5mm) 范围内的物体进行成像观测的小型化超短焦视觉成像检测方法。技术方案如下：
一种小型化超短焦视觉成像检测方法，所采用的装置包括成像单元、至少一个微透镜阵 列单元，照明光源，图像处理模块及显示模块，其特征在于，各个微透镜阵列拼接成一体后， 在拼接后的周边布置照明光源，拼接后的微透镜阵列与成像单元直接贴合，检测方法的实现 步骤如下：
S1、相关光学设计：根据成像焦距需求，设计成像单元及微透镜阵列单元摆放结构以 及照明光源分布方式，并根据光学性能需求进行大面积微透镜阵列设计及优化；
S2、制造微透镜阵列单元；
S3、根据测量范围对微透镜阵列和成像单元进行拼接组合和直接贴合；
S4、进行成像实验装调，布置照明光源分布方式；
S5、调试图像拼接处理程序，及同步采集控制功能嵌入上位机中，完成装置搭建；
S6、将装置放置于检测现场中，进行现场超短焦视觉成像检测。
优选地，所述的微透镜阵列单元的各个单元面形一致，均为平滑曲面，且口径形状一致。 所述的照明光源为LED光源或白光光源。
本申请实施例中提供的方案具有如下技术效果或优点：
(1)采用一体成型设计，整体尺寸较小(厚度大约20mm)，轻薄稳固；
(2)较小工作距离(小于5mm)，实现狭窄空间内高质量高速度的大面积拍摄采图；
(3)变异因素少，节省调整时间，降低整体成本；
针对其中核心部件微透镜阵列，将其与成像单元贴合实现小型化成像，通过组合拼接的 形式，可以实现薄且大面积超短焦视觉成像检测，通过后续图像同步采集，以及拼接处理， 将分离成像图像合成，达到很大区域(数米长度)同时检测的效果。
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，下面对实施例或现有技术描 述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实 施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图 获得其他的附图。
图1是本发明所提到的狭窄空间物体特征视觉成像检测装置结构示意图。
图1中，1、照明光源，2、微透镜阵列，3、成像单元。
图2是本发明中LED光源和微透镜阵列的排布方式示意图。
图2中，(a)是当仅使用一个微透镜阵列时，照明光源一般分布在该微透镜阵列周围进 行照明，(b)是当使用多个微透镜阵列进行拼接组合时，照明光源一般环绕分布在多个微透 镜阵列整体拼接后的外围。
图3是微透镜阵列单元的口径形状及其分布种类。
图3中，(a)是圆口径单元，水平方向分布；(b)是圆口径单元，六边形方向分布；(c)是 圆口径单元，水平方向分布；(d)是六边形口径单元，六边形方向分布。
图4是多个微透镜阵列成像拼接效果图。
图4中，各个分块是由单个微透镜阵列在成像单元上所成图像，最后将各分块图像按照 特征拼接融合成一个图像。
具体实施方式
本发明提供了一种小型化超短焦视觉成像检测装置，可放置在狭窄空间进行物体特征视 觉成像检测，其厚度大约为20mm，作用距离约为5mm，直接由照明LED光源，成像单元和微透镜阵列构成，其结构简单，使用方便，适用于工业现场大面积范围的超短焦视觉成像。
其中，该装置采用多个微透镜阵列作为成像透镜进行拼接组合，并与多个成像单元(成 像单元尺寸与微透镜阵列匹配，一个CCD尺寸大约为1英寸)，图像处理模块通过控制器 进行同步采集，并和显示模块共同作用实现小型化大面积超短焦视觉成像功能。
为了更好地理解上述技术方案，下面将结合附图以及具体的实施方式对上述技术方案进 行详细的说明。
如图1所示，本实施例中的狭窄空间物体特征视觉成像检测装置，包括LED光源1，微透镜阵列2，成像单元3，图像处理模块4，显示模块5。其中，微透镜阵列与成像单元是 直接贴合的。
其中，在实际应用中，LED光源1排布在微透镜阵列周围形成照明光源，待测对象通过微透镜阵列直接在成像单元上进行成像。
其中，在实际应用中，成像单元为大面积CCD成像单元，可通过多个成像单元拼接进 行实现。
其中，在实际应用中，图像处理和显示模块可以通过上位机代替进行实现。
其中，在实际应用中，对成像后的图像进行实时图像处理，其图像处理的方式可通过目 前已有的图像处理程序可以进行完成。
检测方法实现步骤为：
S1、相关光学设计：根据成像焦距需求，设计相机及微透镜阵列摆放结构，以及照明 光源分布方式，并根据基本光学性能需求进行大面积微透镜阵列设计及优化；
S2、采用超精密切削和注塑的方式加工制造微透镜阵列；
S3、将成像用微透镜阵列直接与成像单元贴合，根据测量范围对成像微透镜阵列和成 像单元进行拼接组合；
S4、进行成像实验装调，布置照明光源分布方式；
S5、调试图像拼接处理程序，及同步采集控制功能嵌入上位机中，完成装置搭建；
S6、将装置放置于检测现场中，进行现场检测。
所述微透镜阵列与照明光源的分布方式如图2所示，其中(a)指的是当仅使用一个微透 镜阵列时，照明光源一般分布在该微透镜阵列周围进行照明，(b)指的是当使用多个微透镜 阵列进行拼接组合时，照明光源一般环绕分布在多个微透镜阵列整体拼接后的外围。
所述微透镜阵列的口径形状及其分布种类如图3所示，包括但不限于：(a)圆口径单元， 水平方向分布；(b)圆口径单元，六边形方向分布；(c)圆口径单元，水平方向分布；(d)六边 形口径单元，六边形方向分布。在本实施例中，单元各个单元口径为图3(d)中的六边形，且 互相连接，没有间隙，所在基底为平面。
所述的图像处理程序指的是将通过单个/多个微透镜阵列直接成像的子图像通过拼接融 合处理成为实际真实情况的图景，其拼接示意图如图4所示，各个同步采集获得的分块图像 是由单个微透镜阵列单元在成像单元上所成图像，最后将各分块图像按照特征拼接融合成一 个图像。该处理程序对于相关专业的人员可以不付出创造性劳动的情况下获得。

Claims (3)

1.一种小型化超短焦视觉成像检测方法，所采用的装置包括成像单元、至少一个微透镜阵列单元，照明光源，图像处理模块及显示模块，其特征在于，各个微透镜阵列拼接成一体后，在拼接后的周边布置照明光源，拼接后的微透镜阵列与成像单元直接贴合。检测方法的实现步骤如下：
S1、相关光学设计：根据成像焦距需求，设计成像单元及微透镜阵列单元摆放结构以及照明光源分布方式，并根据光学性能需求进行大面积微透镜阵列设计及优化；
S2、制造微透镜阵列单元；
S3、根据测量范围对微透镜阵列和成像单元进行拼接组合和直接贴合；
S4、进行成像实验装调，布置照明光源分布方式；
S5、调试图像拼接处理程序，及同步采集控制功能嵌入上位机中，完成装置搭建；
S6、将装置放置于检测现场中，进行现场超短焦视觉成像检测。
2.根据权利要求1所述的成像检测方法，其特征在于，所述的微透镜阵列单元的各个单元面形一致，均为平滑曲面，且口径形状一致。
3.根据权利要求1所述的成像检测方法，其特征在于，所述的照明光源为LED光源或白光光源。
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