CN109313078A - 图像获取装置和图像获取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种图像获取装置和图像获取方法。图像获取装置包括衍射光学元件、电振镜、线阵传感器，其中，所述电振镜设置在所述衍射光学元件的出射光的传输路径上，线阵传感器设置于电振镜的反射光的传输路径上，其特征在于，所述衍射光学元件用于接收检测对象的反射光线，将所述反射光线分解为多个子波段光束，并将子波段光束通过出射面射出；电振镜用于接收子波段光束，并将子波段光束进行反射；线阵传感器用于接收电振镜反射的子波段光束的频谱信息，并根据子波段光束的频谱信息合成检测对象的图像信息，其中，线阵传感器的检测频率与电振镜的振动频率相同。本发明的图像获取装置能够降低图像获取成本，提高用户体验度。
Description
技术领域
本发明涉及工业视觉领域，特别是涉及图像获取装置和图像获取方法。
背景技术
在工业领域进行物体识别时，一种方式是模式匹配。基于物体的二维图像与模板图像进行匹配，从而获取待检测对象的种类。另一种方式是频谱分析，通过获取物体的高光谱图像并根据该高光谱图像分析物体的反射率随波长变化的曲线得到物体的类别。两者相比，模式匹配中获取物体二维图像使用的设备简单，价格低廉，但根据获取的二维图像进行模式匹配时，只能对外型变化不大的物体进行检测，比如物体发生折卷、缺失、甚至外包装变化等外型变化就极易出现无法识别或识别错误的情况；频谱分析中根据获取的高光谱图像可以准确得到待测物体的元素含量进而分析出物体的种类，但对物体的外形区分困难。并且传统的获取物体高光谱图像的光谱测量仪由众多光学、电学与机械等分立器件组成，需要极其复杂的光路系统与精密机械结构，降低了整个仪器的可靠性，对仪器工作、存放环境也有着严格的要求，成本高，难以应用在工业领域。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种图像获取装置和图像获取方法，能够获取模式匹配和频谱分析两种识别方式所需要的两种图像，降低图像获取成本，可以应用在工业领域。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种图像获取装置，所述图像获取装置包括衍射光学元件、电振镜、线阵传感器，其中，所述电振镜设置在所述衍射光学元件的出射光的传输路径上，所述线阵传感器设置于所述电振镜的反射光的传输路径上，所述衍射光学元件用于接收检测对象的反射光线，将所述反射光线分解为多个子波段光束，并将所述子波段光束通过出射面射出；所述电振镜用于接收所述子波段光束，并将所述子波段光束进行反射；所述线阵传感器用于接收电振镜反射的子波段光束的频谱信息，并根据所述子波段光束的频谱信息合成所述检测对象的图像信息，其中，所述线阵传感器的检测频率与所述电振镜的振动频率相对应。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种图像获取方法，所述图像获取方法包括：图像获取装置通过其衍射光学元件接收检测对象的反射光线，将所述反射光线分解为多个子波段光束，并将所述子波段光束通过出射面射出；通过电振镜接收所述子波段光束，并将所述子波段光束进行反射；其中，所述电振镜设置在所述衍射光学元件的出射光的传输路径上；通过线阵传感器接收电振镜反射的子波段光束的频谱信息，并根据所述子波段光束的频谱信息合成所述检测对象的图像信息，其中，所述线阵传感器设置于所述电振镜的反射光的传输路径上，所述线阵传感器的检测频率与所述电振镜的振动频率相对应。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明在检测对象通过编码传送装置运动时，利用衍射光学元件将待检测对象的反射光束分解为子波段光束，通过振动的电振镜将子波段光束反射给线阵传感器，线阵传感器接收电振镜反射的子波段光束，并根据该子波段光束形成检测对象的图像。本发明能够获取模式匹配和频谱分析两种识别方式所需要的图像，并将其应用到工业物体识别领域，降低了图像获取成本，提高用户体验度。
附图说明
图1是本发明图像获取装置一实施例的结构示意图；
图2是本发明图像获取方法一实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1是本发明图像获取装置一实施例的结构示意图，本实施例的图像获取装置包括如下部件：
本实施例提供了一种图像获取装置，包括：衍射光学元件101、电振镜102和线阵传感器103。其中，电振镜102设置在衍射光学元件101的出射光传输路径上，线阵传感器位于电振镜102的反射光传输路径上。
其中，衍射光学元件101用于接收检测对象的反射光104，将该反射光104分解为多个子波段光束105即不同波长的单色光，并将子波段光束105通过与电振镜102相对的出射面射出。在本实施例中，该衍射光学元件可以为棱镜，如三棱镜等，在其他实施方式中，也可以为其他衍射光学元件，如光栅等可将复合光分解为单色光的器件，在此不做限定。
其中，电振镜102用于接收衍射光学元件101射出的子波段光束105，并将其反射至线阵传感器103。为使线阵传感器103获得电振镜102反射的所有子波段光束106，电振镜102围绕自身的某个位置以一定的角度振动，从而使线阵传感器103接收不同波段的子波段光束106，并且使线阵传感器103可以在电振镜102的一个振动周期内获得电振镜102反射的所有子波段光束106。因此，电振镜102的振动频率与线阵传感器103的检测频率相对应。其中，电振镜102的振动频率为18KHZ。所述线阵传感器103的检测频率可以与电振镜102的振动频率相同，也可以与电振镜102的振动频率呈整数倍关系。
可选的，在其他实施例中，电振镜可以以其他方式振动，在电振镜102的一个振动周期内，线阵传感器能够获得电振镜反射的所有子波段光束106即可。并且，电振镜的振动频率也可以根据衍射光学元件接收入射光104的频率和线阵传感器的检测频率进行调整，只要电振镜的振动频率与线阵传感器的检测频率相对应即可，在此不做限定。
在本实施例中，通过线阵传感器103获取电振镜102反射的子波段光束106的波谱曲线并在外接控制器中形成检测对象的高光谱图像，该高光谱图像的光谱区分度由线阵传感器103和电振镜102之间的距离和线阵传感器103的测量尺寸这两者决定，为获得较好的波段区分度，线阵传感器103的测量尺寸为0.003毫米～0.01毫米量级，线阵传感器103与电振镜之间的距离为厘米级。可选的，在其他实施例中，为了获得更好的光谱区分度，也可选用更大的线阵传感器和/或线阵传感器与电振镜之间的距离更远，在此不作限定。
在本实施例中，为了使电振镜102以极高的频率振动，选用的电振镜102为微机电振镜。可选的，在其他实施例中，亦可选用不同的能够以极高频率振动的电振镜反射入射光104分解的子波段光束105。
其中，线阵传感器103用于接收电振镜102反射的子波段光束106，并根据该子波段光束获取子波段光束106的频谱信息，并形成连续的波谱曲线，线阵传感器103将该频谱信息形成的波谱曲线传输给外接控制器，外接控制器根据该波谱曲线合成检测对象的高光谱图像并获取检测对象的二维图像。
线阵传感器103在电振镜102振动到一个特定的角度时，可以更好地接收电振镜102反射的子波段光束106，从而形成更准确的子波段光束106的波谱曲线，因此，根据该波谱曲线形成的高光谱图像光谱区分度更高。可选的，为了提高检测对象的高光谱图像的光谱区分度，可以设置多个检测频率相同的线阵传感器，这些线阵传感器同时分别接收电振镜反射的不同子波段光束，并将接收的不同子波段光束形成的波谱曲线发送至外接控制器，外接控制器根据该波谱曲线形成检测对象的高光谱图像并获取检测对象的二维图像，并将该高光谱图像和二维图像提供给可以进行模式匹配和/或频谱分析的设备，从而获取检测对象的种类。
在上述实施例中，线阵传感器可以是线阵互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器、背照式电荷耦合元件(CCD)线阵传感器或一维线阵电荷耦合元件(CCD)传感器等能够接受不同子波段光束的线阵传感器，在此不作限定。为方便描述将电荷耦合元件简称为CCD，现以一维线阵CCD传感器为例对图像获取装置的功能进行说明。
在一个具体的实施场景中，图像获取装置固定在特定的位置，衍射光学元件101为棱镜，电振镜102为微机电振镜，线阵传感器103数量为单个且该传感器是一维线阵CCD传感器。其中，微机电振镜设置在棱镜的出射光105传输路径上，一维线阵CCD传感器位于微机电振镜的反射光106传输路径上。检测对象放在被检测区域并相对于图像获取装置移动，棱镜根据检测对象的移动获取检测对象不同区域的反射光104，将该反射光104分解为不同的子波段光束105，并将这些子波段光束通过与微机电振镜相对的出射面射出。微机电振镜接收棱镜发出的子波段光束105，并将其反射至一维线阵CCD传感器。为使该线阵传感器获得微机电振镜反射的所有子波段光束106，微机电振镜以18KHZ的频率振动，且一维线阵CCD传感器的检测频率与微机电振镜相同。一维线阵CCD传感器接收微机电振镜反射的子波段光束106并形成相应的连续波谱曲线，将其发送至外接控制器。外接控制器根据接收的子波段光束的波谱曲线形成检测对象的高光谱图像，并从该高光谱图像中获取检测对象的二维图像，并将该高光谱图像和二维图像提供给可以进行模式匹配和/或频谱分析的设备，从而获取检测对象的种类。
在另一个具体的实施场景中，图像获取装置固定在特定的位置，衍射光学元件101为棱镜，电振镜102为微机电振镜，线阵传感器103数量为多个且该传感器是一维线阵CCD传感器。其中，微机电振镜设置在棱镜的出射光105传输路径上，一维线阵CCD传感器位于微机电振镜的反射光106传输路径上。检测对象放在被检测区域并相对于图像获取装置移动，棱镜根据检测对象的移动获取检测对象不同区域的反射光104，将该反射光分解为不同的子波段光束105，并将这些子波段光束通过与微机电振镜相对的出射面射出。微机电振镜接收棱镜发出的子波段光束105，并将其反射至一维线阵CCD传感器。为使该线阵传感器获得微机电振镜反射的所有子波段光束106，微机电振镜以18KHZ的频率振动，且一维线阵CCD传感器的检测频率与微机电振镜相同。在微机电振镜振动至特定的角度时，一维线阵CCD传感器分别接收微机电振镜反射的不同子波段光束106并形成相应的连续波谱曲线，将其发送至外接控制器。外接控制器根据接收的子波段光束106的波谱曲线形成检测对象的高光谱图像，并从该高光谱图像中获取检测对象的二维图像，并将该高光谱图像和二维图像提供给可以进行模式匹配和/或频谱分析的设备，从而获取检测对象的种类。
在上述实施场景中，检测对象也可位于检测区域并不移动，图像获取装置相对于检测对象移动，从而获取物体的二维图像和高光谱图像。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明在检测对象通过编码传送装置运动时，利用衍射光学元件将待检测对象的反射光束分解为子波段光束，通过振动的电振镜将子波段光束反射给线阵传感器，线阵传感器接收检测对象的子波段数据，并根据该子波段数据形成检测对象的图像。本发明能够获取模式匹配和频谱分析两种识别方式所需要的图像并将其应用到工业物体识别领域，降低了图像获取成本，提高用户体验度。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种图像获取方法，请参阅图2，图2是本发明图像获取方法一实施例的流程示意图。本实施例的图像获取方法包括如下步骤：
S201：图像获取装置通过其衍射光学元件接收检测对象的反射光线，将所述反射光线分解为多个子波段光束，并将所述子波段光束通过出射面射出。
在一个具体的实施场景中，图像获取装置固定在特定的位置处于静止状态，检测对象相对于图像获取装置移动，衍射光学元件为棱镜，电振镜为微机电振镜，线阵传感器数量为单个且该传感器是一维线阵CCD传感器。其中，微机电振镜设置在棱镜的出射光传输路径上，一维线阵CCD传感器位于微机电振镜的反射光传输路径上。检测对象放在被检测区域并相对于图像获取装置移动，棱镜根据检测对象的移动获取检测对象不同区域的反射光，将该反射光分解为不同的子波段光束，并将这些子波段光束通过与微机电振镜相对的出射面射出。
在另一个具体的实施场景中，检测对象处于静止状态，图像获取装置相对于检测对象移动，衍射光学元件为棱镜，电振镜为微机电振镜，线阵传感器数量为单个且该传感器是一维线阵CCD传感器。其中，微机电振镜设置在棱镜的出射光传输路径上，一维线阵CCD传感器位于微机电振镜的反射光传输路径上。检测对象位于被检测区域，图像获取装置移动，棱镜通过图像获取装置的移动获取检测对象不同区域的反射光，将该反射光分解为不同的子波段光束，并将这些子波段光束通过与微机电振镜相对的出射面射出。
S202：通过电振镜接收所述子波段光束，并将所述子波段光束进行反射；其中，所述电振镜设置在所述衍射光学元件的出射光的传输路径上。
在一个具体的实施场景中，图像获取装置固定在特定的位置处于静止状态，检测对象相对于图像获取装置移动，衍射光学元件为棱镜，电振镜为微机电振镜，线阵传感器数量为单个且该传感器是一维线阵CCD传感器。其中，微机电振镜设置在棱镜的出射光传输路径上，一维线阵CCD传感器位于微机电振镜的反射光传输路径上。微机电振镜接收棱镜发出的子波段光束，并将其反射至一维线阵CCD传感器。为使该线阵传感器获得微机电振镜反射的所有子波段光束，微机电振镜以18KHZ的频率振动，且一维线阵CCD传感器的检测频率与微机电振镜相同，也可以与微机电振镜的振动频率呈整数倍关系。
在另一个具体的实施场景中，检测对象处于静止状态，图像获取装置相对于检测对象移动，衍射光学元件为棱镜，电振镜为微机电振镜，线阵传感器数量为单个且该传感器是一维线阵CCD传感器。其中，微机电振镜设置在棱镜的出射光传输路径上，一维线阵CCD传感器位于微机电振镜的反射光传输路径上。微机电振镜接收棱镜发出的子波段光束，并将其反射至一维线阵CCD传感器。为使该线阵传感器获得微机电振镜反射的所有子波段光束，微机电振镜以18KHZ的频率振动，且一维线阵CCD传感器的检测频率与微机电振镜相同，也可以与微机电振镜的振动频率呈整数倍关系。
S203：通过线阵传感器接收电振镜反射的子波段光束的频谱信息，并根据所述子波段光束的频谱信息合成所述检测对象的图像信息，其中，所述线阵传感器设置于所述电振镜的反射光的传输路径上，所述线阵传感器的检测频率与所述电振镜的振动频率相对应。
在一个具体的实施场景中，图像获取装置固定在特定的位置处于静止状态，检测对象相对于图像获取装置移动，衍射光学元件为棱镜，电振镜为微机电振镜，线阵传感器数量为单个且该传感器是一维线阵CCD传感器。其中，微机电振镜设置在棱镜的出射光传输路径上，一维线阵CCD传感器位于微机电振镜的反射光传输路径上。一维线阵CCD传感器接收微机电振镜反射的子波段光束并形成相应的连续波谱曲线，将其发送至外接控制器。外接控制器根据接收的子波段光束的波谱曲线形成检测对象的高光谱图像，并从该高光谱图像中获取检测对象的二维图像，并将该高光谱图像和二维图像提供给可以进行模式匹配和/或频谱分析的设备，从而获取检测对象的种类。
在另一个具体的实施场景中，检测对象处于静止状态，图像获取装置相对于检测对象移动，衍射光学元件为棱镜，电振镜为微机电振镜，线阵传感器数量为单个且该传感器是一维线阵CCD传感器。其中，微机电振镜设置在棱镜的出射光传输路径上，一维线阵CCD传感器位于微机电振镜的反射光传输路径上。一维线阵CCD传感器接收微机电振镜反射的子波段光束并形成相应的连续波谱曲线，将其发送至外接控制器。外接控制器根据接收的子波段光束的波谱曲线形成检测对象的高光谱图像，并从该高光谱图像中获取检测对象的二维图像，并且外接控制器将获取的高光谱图像和二维图像提供给可以进行模式匹配和/或频谱分析的设备进行分析，从而获取检测对象的种类。
在上述实施场景中，也可以设置多个检测频率相同的线阵传感器，这些线阵传感器同时分别接收电振镜反射的不同子波段光束，并将接收的不同子波段光束形成的波谱曲线发送至外接控制器，外接控制器根据该波谱曲线形成检测对象的高光谱图像并获取检测对象的二维图像。设置的多个线阵传感器可以使子波段光束形成的波谱曲线更精确，从而使形成的高光谱图像光谱区分度更高。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明在在检测对象通过编码传送装置运动时，利用衍射光学元件将待检测对象的反射光束分解为子波段光束，通过振动的电振镜将子波段光束反射给线阵传感器，线阵传感器接收检测对象的子波段数据，并根据该子波段数据形成检测对象的图像。本发明能够获取模式匹配和频谱分析两种识别方式所需要的图像并将其应用到工业物体识别领域，降低了图像获取成本，提高用户体验度。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (16)
1.一种图像获取装置，所述图像获取装置包括衍射光学元件、电振镜、线阵传感器，其中，所述电振镜设置在所述衍射光学元件的出射光的传输路径上，所述线阵传感器设置于所述电振镜的反射光的传输路径上，其特征在于，
所述衍射光学元件用于接收检测对象的反射光线，将所述反射光线分解为多个子波段光束，并将所述子波段光束通过出射面射出；
所述电振镜用于接收所述子波段光束，并将所述子波段光束进行反射；
所述线阵传感器用于接收电振镜反射的子波段光束的频谱信息，并根据所述子波段光束的频谱信息合成所述检测对象的图像信息，其中，所述线阵传感器的检测频率与所述电振镜的振动频率相对应。
2.根据权利要求1所述的图像获取装置，其特征在于，所述线阵传感器和所述电振镜的距离与所述检测对象的高光谱图像的光谱区分度相一致。
3.根据权利要求1所述的图像获取装置，其特征在于，所述线阵传感器的测量尺寸与所述检测对象的高光谱图像的光谱区分度相一致。
4.根据权利要求1所述的图像获取装置，其特征在于，所述线阵传感器具体用于接收电振镜反射的子波段光束的频谱信息，并将所述子波段光束的频谱信息发送至外接控制器，通过所述外接控制器根据所述子波段光束的频谱信息合成所述检测对象的图像信息。
5.根据权利要求1所述的图像获取装置，其特征在于，所述图像获取装置包括多个线阵传感器，所述多个线阵传感器分别用于获取不同频段的子波段光束的频谱信息，并分别将所述不同频段的子波段光束的频谱信息发送至外接控制器，通过所述外接控制器根据所述子波段光束的频谱信息合成所述检测对象的图像信息。
6.根据权利要求1所述的图像获取装置，其特征在于，所述电振镜的振动频率为18K赫兹。
7.根据权利要求1或6所述的图像获取装置，其特征在于，所述电振镜为微机电振镜。
8.根据权利要求1所述的图像获取装置，其特征在于，所述线阵传感器的测量尺寸为0.003毫米～0.01毫米量级。
9.一种图像获取方法，其特征在于，所述图像获取方法包括：
图像获取装置通过其衍射光学元件接收检测对象的反射光线，将所述反射光线分解为多个子波段光束，并将所述子波段光束通过出射面射出；
通过电振镜接收所述子波段光束，并将所述子波段光束进行反射；其中，所述电振镜设置在所述衍射光学元件的出射光的传输路径上；
通过线阵传感器接收电振镜反射的子波段光束的频谱信息，并根据所述子波段光束的频谱信息合成所述检测对象的图像信息，其中，所述线阵传感器设置于所述电振镜的反射光的传输路径上，所述线阵传感器的检测频率与所述电振镜的振动频率相对应。
10.根据权利要求9所述的图像获取方法，其特征在于，所述线阵传感器与所述电振镜的距离与所述检测对象的高光谱图像的光谱区分度相一致。
11.根据权利要求9所述的图像获取方法，其特征在于，所述线阵传感器的测量尺寸与所述检测对象的高光谱图像的光谱区分度相一致。
12.根据权利要求9所述的图像获取方法，其特征在于，所述通过线阵传感器接收电振镜反射的子波段光束的频谱信息，并根据所述子波段光束的频谱信息合成所述检测对象的图像信息的步骤具体包括：
通过线阵传感器接收电振镜反射的子波段光束的频谱信息并将所述子波段光束的频谱信息发送至外接控制器；
通过外接控制器根据所述子波段光束的频谱信息合成所述检测对象的图像信息。
13.根据权利要求9所述的图像获取方法，其特征在于，所述通过线阵传感器接收电振镜反射的子波段光束的频谱信息，并根据所述子波段光束的频谱信息合成所述检测对象的图像信息的步骤具体包括：
通过多个线阵传感器分别获取不同频段的子波段光束的频谱信息，并分别将所述不同频段的子波段光束的频谱信息发送至外接控制器；
通过所述外接控制器根据所述子波段光束的频谱信息合成所述检测对象的图像信息。
14.根据权利要求9所述的图像获取方法，其特征在于，所述电振镜的振动频率为18K赫兹。
15.根据权利要求9或14所述的图像获取方法，其特征在于，所述电振镜为微机电振镜。
16.根据权利要求9所述的图像获取方法，其特征在于，所述线阵传感器的测量尺寸为0.003毫米～0.01毫米量级。
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