CN109286756B - 一种以图像均匀为目的的光源强度设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业视觉技术领域，尤其是指一种以图像均匀为目的的光源强度设计方法，该方法通过把特定镜头在指定距离下的相对照度曲线数值化，然后结合相邻光源之间的间距、光源的光强分布曲线计算出相对照度下对应的各光源的强度，从而让使用特定镜头的相机在使用该光源强度设计方法设计出的光源在光源工作距离下能够拍摄出均匀的图像。

Description

一种以图像均匀为目的的光源强度设计方法

技术领域

本发明涉及工业视觉技术领域，尤其是指一种以图像均匀为目的的光源强度设计方法。

背景技术

工业是人类社会发展的重要带动者，自18世纪的工业革命以后，手工业逐渐被机器工业取代。在机器工业中，必须通过多种机械设备配合来完成流水化生产，而各设备的需要通过工业相机来帮助识别产品，从而完成配合。

由于智能化程度还不完善，通过工业相机获取的图像，而目前的工业相机存在以下的缺点：由于工业镜头的相对照度曲线及等间距光源排布造成的图像中心灰度值较高、边缘灰度值较低的情况，从而影响了计算机视觉系统的识别。

解决上述的问题的核心，在于如何让工业相机内的多个光源能够散发出均匀强度的光，从而让拍摄的图像更加均匀。

发明内容

本发明针对现有技术的问题提供一种以图像均匀为目的的光源强度设计方法，能够让光源经镜头散发出强度均匀的光，从而让所拍摄的图像更加均匀。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供的一种以图像均匀为目的的光源强度设计方法， 包括以下步骤：

a. 获取所述镜头在指定工作距离下的相对照度曲线，设定相邻光源之间的间距，其中，每相邻的光源之间的间距相等；

b.把所述镜头在指定工作距离下的相对照度曲线数值化，获得第一相对照度数值；

c.把第一相对照度数值进行归一化处理，得到光源的相对照度数值分布；

d.根据工件的检测精度要求、相机芯片的灵敏度以及使用该镜头的相机的像元尺寸，计算出所述镜头在该指定工作距离下所需的均匀照度值；

e. 把光源的相对照度数值分布乘以所需的均匀照度值，得到光源的绝对照度分布值；

f. 根据光源的绝对照度分布值、相邻光源间距以及每一光源光源的光强分布曲线，分别计算得出绝对照度下对应的每一个光源的强度；

g.根据计算得出的各个光源的强度，选择光源；把光源按照对应的顺序以及设定好的间距安装于所述灯座。

进一步的，在步骤b中，采用数学软件把镜头在指定工作距离下的相对照度曲线数值化。

进一步的，所述数学软件为MATLAB。

进一步的，在步骤c中，所述均匀照度值为一个常数值。

进一步的，在步骤d中，归一化公式为：（1-第一相对照度数值）+1=光源的相对照度数值分布。

进一步的，在步骤f中，结合所述光源绝对照度曲线、相邻光源之间的间距、光强的分布曲线以及每一光源的强度，利用曲线拟合的方式得出对应光源序号x与该光源的强度y的一元方程y=f（x）。

进一步的，在一元方程y=f（x）中，x的最高次项为奇次项，x的最高次项的系数为负数。

本发明的有益效果：利用镜头的相对照度曲线以及相关参数进行分析和计算，得到光源的绝对照度曲线；再根据光源的绝对照度曲线，得出每个对应位置所需的光源的强度，从而让各个光源光相互配合后发出的光与对应的镜头配合，以获得该镜头在特定工作距离下的均匀图像，从而提高了图像处理的精度，并简化了图像的处理过程。

附图说明

图1为实施例中光源强度分布的公式。

图2为实施例中镜头的光源未使用本发明设计时所获得的总光照分布。

图3为实施例中镜头的光源使用本发明设计时所获得的总光照分布。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。

本发明提供的一种能够使图像均匀的照明设计方法，包括镜头及灯座，所述镜头的位置与所述灯座的位置相适应；

该方法包括以下步骤：

首先，通过工业镜头的厂商，获得工业镜头在指定工作距离下的相对照度曲线，并把该曲线描绘至MATLAB软件中。

然后，通过MATLAB软件，把该相对照度曲线数值化，即通过函数的方式表达出来。

再者，根据所需测试的工件的精度要求、使用该镜头的CCD相机的像元尺寸以及该CCD相机的芯片的灵敏度，计算出所需要的均匀照度值。由于需要获得均匀照度的图像，因此该均匀照度值为一个恒定的常数。

随后，把第一相对照度数值进行归一化处理，得到光源的相对照度数值分布，该归一化公式为：（1-第一相对照度数值）+1=光源的相对照度数值分布。

在获得光源的相对照度数值以后，把该数值通过MATLAB软件曲线化，得到光源的绝对照度曲线。

把所得到的光源绝对照度曲线、每一光源的光强分布曲线以及相邻光源之间的间距，采用线性拟合的方式，算出光源的强度y与光源的序号x的关系y=f（x）。其中，x的最高次项为奇次项，且x的最高次项的系数为负数，因此y=f（x）的图像为一条开口向上的对称曲线；需要说明的是，光源的光强分布曲线这个参数可从该光源的厂商处获取。

如图1所示，为某一镜头经过本发明处理和计算后得出的曲线，该曲线经过MATLAB数值化以后得出的一元六次方程：y=（-2E-22）x⁵-(2E-5)x⁴+0.002x³-0.049x²+0.2408x+3.2389。其中y的单位为坎德拉（即cd）。

光源接收面光源照度经本发明优化以后，所需的光源的强度会有改变，按照这个强度选择对应位置的光源并安装好以后，与镜头配合时，镜头在指定的工作距离下所获取的图像的均匀。对比图2和图3即可得知，该镜头的光源在经过本方案优化调整以后，曲线趋于平缓，表明了其灰度值变均匀，提高图像处理的精度，简化图像处理过程。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种以图像均匀为目的的光源强度分布设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

a.获取特定镜头在指定工作距离下的相对照度曲线，设定相邻光源之间的间距，其中，每相邻的光源之间的间距相等；

b.把特定镜头在指定工作距离下的相对照度曲线数值化，获得第一相对照度数值；

c.把第一相对照度数值进行归一化处理，得到光源的相对照度数值分布；

d.根据工件的检测精度要求、相机芯片的灵敏度以及使用特定镜头相机的像元尺寸，计算出特定镜头在指定工作距离下所需的均匀照度值；

e. 把光源的相对照度数值分布乘以所需的均匀照度值，得到光源的绝对照度分布值；

f. 根据光源的绝对照度分布值、相邻光源间距以及每一光源光源的光强分布曲线，分别计算得出绝对照度下对应的每一个光源的强度；

g.根据计算得出的各个光源的强度，选择光源；把光源按照对应的顺序以及设定好的间距安装于所述灯座。

2.根据权利要求1所述的以图像均匀为目的的光源强度分布设计方法，其特征在于：在步骤b中，采用数学软件把镜头在指定工作距离下的相对照度曲线数值化。

3.根据权利要求2所述的以图像均匀为目的的光源强度分布设计方法，其特征在于：所述数学软件为MATLAB。

4.根据权利要求1所述的以图像均匀为目的的光源强度分布设计方法，其特征在于：在步骤d中，所述均匀照度值为一个常数。

5.根据权利要求1所述的以图像均匀为目的的光源强度分布设计方法，其特征在于：在步骤c中，归一化处理的公式为：（1-第一相对照度数值）+1=光源的相对照度数值分布。

6.根据权利要求1所述的以图像均匀为目的的光源强度分布设计方法，其特征在于：在步骤f中，结合所述光源绝对照度曲线、相邻光源间距、光强分布曲线以及每一光源的强度，利用曲线拟合的方式得出对应光源序号x与该光源的强度y的一元方程y=f（x）。

7.根据权利要求6所述的以图像均匀为目的的光源强度分布设计方法，其特征在于：在一元方程y=f（x）中，x的最高次项为奇次项，x的最高次项的系数为负数。

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