CN109630912A - 照明装置、机器视觉设备和照明调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种照明装置、机器视觉设备和照明调节方法，其中，照明装置包括线光源和反射模块，线光源与目标照明区域之间的距离为预设距离，线光源的宽度方向上的光轴光线与目标照明区域之间的夹角为预设夹角，预设距离和预设夹角设置为使目标照明区域内垂直于线光源的长度方向上的照明光强均匀；反射模块设于线光源的长度方向上的端部，反射模块设置为反射线光源的出射光以使目标照明区域内沿线光源的长度方向上的照明光强均匀。本发明技术方案可实现大面积的均匀照明。

Description

照明装置、机器视觉设备和照明调节方法

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种照明装置、机器视觉设备和照明调节方法。

背景技术

随着工业自动化、人工智能等技术的逐步发展，机器视觉检测等越来越重要，相应的，均匀照明在检测等中的作用越来越关键。在机器视觉设备中，成像装置在照明装置的照明下采集被测物体的成像图像，其中，照明质量将直接影响成像质量，进而影响机器视觉设备的检测精度。在检测小尺寸物体时，可以使用同轴光源或者均匀点光源实现均匀照明；然而对于大尺寸物体，同轴光源和均匀点光源均不适用，通常采用条形的线光源或者线光源的组合实现照明。但是，无论在长度方向还是在宽度方向上，线光源中普遍存在中心光强较强，边缘光强较弱的问题，此外，随着光源与被测物体之间距离的增加，照明光强的衰减也比较严重，很难实现大面积的均匀照明。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种照明装置，旨在解决上述照明不均匀的技术问题，实现大面积的均匀照明。

为实现上述目的，本发明提出的照明装置，包括线光源和反射模块，所述线光源与目标照明区域之间的距离为预设距离，所述线光源的宽度方向上的光轴光线与所述目标照明区域之间的夹角为预设夹角，所述预设距离和所述预设夹角设置为使所述目标照明区域内垂直于所述线光源的长度方向上的照明光强均匀；所述反射模块设于所述线光源的长度方向上的端部，所述反射模块设置为反射所述线光源的出射光以使所述目标照明区域内沿所述线光源的长度方向上的照明光强均匀。

可选地，所述线光源包括第一线光源，所述第一线光源的预设距离和预设夹角设置为使所述第一线光源的光轴光线照射于所述目标照明区域的远离所述第一线光源的第一物理边缘，且所述第一物理边缘的照明光强与所述目标照明区域的靠近所述第一线光源的第二物理边缘的照明光强相当。

可选地，所述线光源包括第二线光源和第三线光源，所述第二线光源和所述第三线光源关于所述目标照明区域对称设置，所述第二线光源的预设距离和预设夹角设置为使所述第二线光源的光轴光线照射于所述目标照明区域的靠近所述第二线光源的第一校准边缘，所述第三线光源的预设距离和预设夹角设置为使所述第三线光源的光轴光线照射于所述目标照明区域的靠近所述第三线光源的第二校准边缘，且所述第一校准边缘的照明光强、所述第二校准边缘的照明光强与所述目标照明区域的中心子区域的照明光强相当；其中，所述第二线光源和所述第三线光源均包括有沿其宽度方向光强均匀分布的匀光宽度，所述第一校准边缘与所述目标照明区域的靠近所述第二线光源的第三物理边缘之间的距离小于或等于所述第二线光源的匀光宽度的二分之一，所述第二校准边缘与所述目标照明区域的靠近所述第三线光源的第四物理边缘之间的距离小于或等于所述第三线光源的匀光宽度的二分之一，所述匀光宽度大于或等于零。

可选地，所述线光源包括发光模块，所述发光模块包括呈阵列排布的发光二极管器件或激光器件。

可选地，所述照明装置还包括散热模块、聚光模块或匀光模块，其中：所述散热模块靠近所述发光模块设置，且所述散热模块位于所述发光模块的出射光路之外；所述聚光模块设于所述发光模块的出射光路上；所述匀光模块设于所述发光模块的出射光路上。

为实现上述目的，本发明还提出一种机器视觉设备，所述机器视觉设备包括照明装置，所述照明装置包括线光源和反射模块，所述线光源与目标照明区域之间的距离为预设距离，所述线光源的宽度方向上的光轴光线与所述目标照明区域之间的夹角为预设夹角，所述预设距离和所述预设夹角设置为使所述目标照明区域内垂直于所述线光源的长度方向上的照明光强均匀；所述反射模块设于所述线光源的长度方向上的端部，所述反射模块设置为反射所述线光源的出射光以使所述目标照明区域内沿所述线光源的长度方向上的照明光强均匀。

可选地，所述机器视觉设备还包括成像装置，所述成像装置设置为采集所述目标照明区域的成像图像。

为实现上述目的，本发明进一步提出一种照明调节方法，用于机器视觉设备，所述机器视觉设备包括照明装置，所述照明装置包括线光源和设于所述线光源的长度方向上的端部的反射模块，所述反射模块设置为反射所述线光源的出射光以使目标照明区域内沿所述线光源的长度方向上的照明光强均匀；所述照明调节方法包括以下步骤：调节所述线光源与所述目标照明区域之间的预设距离，以及所述线光源的宽度方向上的光轴光线与所述目标照明区域之间的预设夹角，使所述目标照明区域内垂直于所述线光源的长度方向上的照明光强均匀。

可选地，所述线光源包括第一线光源，所述调节所述线光源与所述目标照明区域之间的预设距离，以及所述线光源的宽度方向上的光轴光线与所述目标照明区域之间的预设夹角，使所述目标照明区域内垂直于所述线光源的长度方向上的照明光强均匀的步骤包括：调节所述第一线光源的预设距离和预设夹角，使所述第一线光源的光轴光线照射于所述目标照明区域的远离所述第一线光源的第一物理边缘，且所述第一物理边缘的照明光强与所述目标照明区域的靠近所述第一线光源的第二物理边缘的照明光强相当；或，所述线光源包括第二线光源和第三线光源，所述第二线光源和所述第三线光源关于所述目标照明区域对称设置，所述调节所述线光源与所述目标照明区域之间的预设距离，以及所述线光源的宽度方向上的光轴光线与所述目标照明区域之间的预设夹角，使所述目标照明区域内垂直于所述线光源的长度方向上的照明光强均匀的步骤包括：调节所述第二线光源的预设距离和预设夹角，使所述第二线光源的光轴光线照射于所述目标照明区域的靠近所述第二线光源的第一校准边缘，调节所述第三线光源的预设距离和预设夹角，使所述第三线光源的光轴光线照射于所述目标照明区域的靠近所述第三线光源的第二校准边缘，且所述第一校准边缘的照明光强、所述第二校准边缘的照明光强与所述目标照明区域的中心子区域的照明光强相当；其中，所述第二线光源和所述第三线光源均包括有沿其宽度方向光强均匀分布的匀光宽度，所述第一校准边缘与所述目标照明区域的靠近所述第二线光源的第三物理边缘之间的距离小于或等于所述第二线光源的匀光宽度的二分之一，所述第二校准边缘与所述目标照明区域的靠近所述第三线光源的第四物理边缘之间的距离小于或等于所述第三线光源的匀光宽度的二分之一，所述匀光宽度大于或等于零。

可选地，所述机器视觉设备还包括成像装置；所述调节所述线光源与所述目标照明区域之间的预设距离，以及所述线光源的宽度方向上的光轴光线与所述目标照明区域之间的预设夹角，使所述目标照明区域内垂直于所述线光源的长度方向上的照明光强均匀的步骤包括：获取所述成像装置采集的标准均匀灰板的第一成像图像；校准所述成像装置以使采集到的所述第一成像图像的灰度均匀；获取校准后的所述成像装置在所述照明装置的照明下采集的目标照明区域的第二成像图像；根据所述第二成像图像，调节所述线光源的预设距离和预设夹角，使所述目标照明区域内垂直于所述线光源的长度方向上的照明光强均匀。

本发明技术方案中，照明装置包括线光源和反射模块，线光源与目标照明区域之间的距离为预设距离，线光源的宽度方向上的光轴光线与目标照明区域之间的夹角为预设夹角。一方面，线光源本身出射的光强在长度方向上和宽度方向上均呈中间向边缘衰减的趋势；另一方面，随着被照射点与出射点之间的照明距离的增大，目标照明区域内的被照射点接收到的照明光强也呈衰减趋势。因此，可以通过调节预设距离和预设夹角，使线光源不同区域的出射光照射在目标照明区域的不同部分，以平衡线光源本身不同区域的光强变化和照明距离所导致的光强变化。具体的，通过设置预设距离和预设夹角，使来自线光源边缘的出射光照射在目标照明区域内与线光源距离较近的部分，来自线光源中心的出射光照射在目标照明区域内与线光源距离较远的部分，从而保障整个目标照明区域内垂直于线光源的长度方向上的照明光强是均匀的。上述调节方式利用了线光源自身的光强分布特性，以实现照明光强的补偿，而无需设置其它光学器件等改善照明的均匀性。同时，通过在线光源的长度方向上的端部设置反射模块，以反射线光源的出射光，使原本没有照射到目标照明区域内的出射光能够被反射回目标照明区域中，从而提高照明光强，并且补偿线光源的长度方向上中间光强、两边光弱导致的光照不均匀，使沿线光源的长度方向上的照明光强也是均匀的。结合反射模块和预设距离、预设夹角的设置，使整个目标照明区域内的光强在各个方向上都是均匀的，从而实现大面积的均匀照明，改善机器视觉检测等的效果。并且，本发明技术方案中的调节方法可以基于已有的机器视觉设备等实现，不需要增加额外装置。对照明装置进行调整之后，该照明装置或者机器视觉设备可直接用于生产中，无需再额外调整，有助于提高生成效率。上述调节方式操作简单，只需根据若干个特征位置的照明光强变化即可实现照明强度均匀性的调节，具有很强的可操作性，也可以通过手动调节实现，有助于降低生产成本。

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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明照明装置一实施例的结构示意图；

图2为图1中线光源在长度方向上的出射光强分布图；

图3为图1中线光源在宽度方向上的出射光强分布图；

图4为图1中线光源的照明光强-照明距离关系图；

图5为图1中线光源和反射模块在长度方向上的俯视结构示意图；

图6为本发明机器视觉设备一实施例的结构示意图；

图7为本发明机器视觉设备另一实施例的结构示意图；

图8为本发明机器视觉设备又一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种照明装置。

在本发明的一实施例中，如图1所示，该照明装置包括：

线光源110，线光源110与目标照明区域之间的距离为预设距离d，线光源110的宽度方向上的光轴光线与目标照明区域之间的夹角为预设夹角θ，预设距离d和预设夹角θ设置为使目标照明区域内垂直于线光源的长度方向上的照明光强均匀；

反射模块120，反射模块120设于线光源110的长度方向上的端部，反射模块120设置为反射线光源110的出射光以使目标照明区域内沿线光源的长度方向上的照明光强均匀。

具体的，图2所示为线光源110在其长度方向上的出射光强分布图，在线光源110长度方向的中心区域，出射光强基本是稳定的、而在线光源110长度方向的两端部，出射光强呈逐渐下降的趋势。图3所示为线光源110在宽度方向上的出射光强分布图，从中间至两边出射光强近似呈高斯分布。图4为线光源110的照明光强随照明距离的变化示意图，随着被照射点与出射点之间的照明距离的增大，被照射点接收到的照明光强呈缓慢的减弱趋势。由于上述线光源110本身在长度方向和宽度方向上的出射光强的不均匀，以及照明光强随照明距离的衰减，很容易导致目标照明区域上的光强分布不均匀，而影响到机器视觉的效果。

为了减弱线光源110长度方向上出射光强的不均匀导致的目标照明区域中的光强不均匀，如图1和图5所示，在线光源110长度方向上的端部设置有反射模块120。在图5中，实线所代表的光为线光源110直接产生的出射光，虚线所代表的光为经反射模块120反射后产生的反射光。若没有设置反射模块120，大量出射光将照射到目标照明区域以外的部分，而通过设置反射模块120，可以将这部分出射光反射到目标照明区域中，以增强照明光强。并且，反射光主要集中在对应于线光源110两端的区域，从而有助于补偿线光源110长度方向上出射光的不均匀所导致的照明不均匀性。反射模块120可以包括反射镜，或者带有金属涂层从而具有反光作用的光学材料或光线器件等，此外，反射模块120的反射面可以是平面或者曲面，以实现对出射光的调制，满足光照均匀性的要求。

为了减弱线光源110宽度方向上出射光强的不均匀导致的目标照明区域中的光强不均匀，根据线光源110自身的光强分布特征，通过调节预设距离d和预设夹角θ，平衡线光源110出射光强的不均匀性和照明距离变化导致的照明光强的不均匀性。如图6所示，预设距离d定义为线光源110宽度方向上的光心与目标照明区域之间的距离，预设夹角θ定义为线光源110宽度方向上的光轴光线与目标照明区域平面之间的夹角，且θ在0°至90°之间。通过设置预设距离d和预设夹角θ，使来自线光源110宽度方向的中心区域的较强的出射光照射在目标照明区域内距离线光源110较远的部分，来自线光源110宽度方向的边缘区域的较弱的出射光照射在目标照明区域内距离线光源110较近的部分，根据图3和图4可知，不同原因导致的光强衰减相互平衡，最终使得目标照明区域中接收到的照明光强均匀分布。预设距离d和预设夹角θ可以事先通过计算、模拟或实验得到，也可以在装配照明装置的过程中通过不断调节得到。

在本实施例中，照明装置包括线光源110和反射模块120，线光源110与目标照明区域之间的距离为预设距离，线光源110的宽度方向上的光轴光线与目标照明区域之间的夹角为预设夹角。一方面，线光源110本身出射的光强在长度方向上和宽度方向上均呈中间向边缘衰减的趋势；另一方面，随着被照射点与出射点之间的照明距离的增大，目标照明区域内的被照射点接收到的照明光强也呈衰减趋势。因此，可以通过调节预设距离和预设夹角，使线光源110不同区域的出射光照射在目标照明区域的不同部分，以平衡线光源本身不同区域的光强变化和照明距离所导致的光强变化。具体的，通过设置预设距离和预设夹角，使来自线光源110边缘的出射光照射在目标照明区域内与线光源距离较近的部分，来自线光源110中心的出射光照射在目标照明区域内与线光源距离较远的部分，从而保障整个目标照明区域内垂直于线光源的长度方向上的照明光强是均匀的。上述调节方式利用了线光源110自身的光强分布特性，以实现照明光强的补偿，而无需设置其它光学器件等改善照明的均匀性。同时，通过在线光源110的长度方向上的端部设置反射模块120，以反射线光源的出射光，使原本没有照射到目标照明区域内的出射光能够被反射回目标照明区域中，从而提高照明光强，并且补偿线光源的长度方向上中间光强、两边光弱导致的光照不均匀，使沿线光源的长度方向上的照明光强也是均匀的。结合反射模块120和预设距离、预设夹角的设置，使整个目标照明区域内的光强在各个方向上都是均匀的，从而实现大面积的均匀照明，改善机器视觉检测等的效果。并且，本实施例中的调节方法可以基于已有的机器视觉设备等实现，不需要增加额外装置。对照明装置进行调整之后，该照明装置或者机器视觉设备可直接用于生产中，无需再额外调整，有助于提高生成效率。上述调节方式操作简单，只需根据若干个特征位置的照明光强变化即可实现照明强度均匀性的调节，具有很强的可操作性，也可以通过手动调节实现，有助于降低生产成本。

本发明中的照明装置可以是单光源照明装置，如图6所示，线光源110包括第一线光源111，第一线光源111的预设距离d和预设夹角θ设置为使第一线光源111的光轴光线照射于目标照明区域的远离第一线光源的第一物理边缘A1，且第一物理边缘A1的照明光强与目标照明区域的靠近第一线光源的第二物理边缘A2的照明光强相当。

其中，第一物理边缘A1和第二物理边缘A2通常是指目标照明区域实际的区域边缘，也就是在第一物理边缘A1和第二物理边缘A2以内，要求照明光强是均匀的，以满足机器视觉检测等的要求。通过使第一线光源111的光轴光线照射在第一物理边缘A1上，并调节预设距离d和预设夹角θ使第一物理边缘A1和第二物理边缘A2的照明光强相当，从而可以使目标照明区域内被均匀照明。本文中的相当是指相等或者基本相等，这里即指第一物理边缘A1和第二物理边缘A2的照明光强的差的绝对值小于一预设光强差，该预设光强差是根据均匀照明的要求设置的。此外，使第一线光源111的光轴光线照射在第一物理边缘A1上，还有助于充分利用第一线光源111的出射光，以降低能耗。

本发明中的照明装置也可以是双光源照明装置，为了保持照明均匀性，照明装置中的两线光源一般关于目标照明区域对称设置。如图7和图8所示，线光源110包括第二线光源112和第三线光源113，第二线光源112和第三线光源113关于目标照明区域对称设置，第二线光源112的预设距离d和预设夹角θ设置为使第二线光源112的光轴光线照射于目标照明区域的靠近第二线光源112的第一校准边缘A3，第三线光源113的预设距离d和预设夹角θ设置为使第三线光源113的光轴光线照射于目标照明区域的靠近第三线光源的第二校准边缘A4，且第一校准边缘A3的照明光强、第二校准边缘A4的照明光强与目标照明区域的中心子区域O的照明光强相当；

其中，第二线光源112和第三线光源113均包括有沿其宽度方向光强均匀分布的匀光宽度，第一校准边缘A3与目标照明区域的靠近第二线光源112的第三物理边缘B1之间的距离小于或等于第二线光源112的匀光宽度|B1C1|的二分之一，第二校准边缘A4与目标照明区域的靠近第三线光源113的第四物理边缘B2之间的距离小于或等于第三线光源的匀光宽度|B2C2|的二分之一，匀光宽度大于或等于零。

需要注意的是，一般情况下，线光源在宽度方向上的光强分布可以根据实际条件和需求变化，例如高斯分布特征，或者具有大于零的匀光宽度的其它分布特征等，而在调节照明装置的过程中，也需要根据实际的线光源情况分别处理。后文中将以两种极端情况为例对双光源照明装置的设置详细说明，当第一校准边缘A3与目标照明区域的靠近第二线光源112的第三物理边缘B1之间的距离在零和第二线光源112的匀光宽度|B1C1|的二分之一之间，第二校准边缘A4与目标照明区域的靠近第三线光源113的第四物理边缘B2之间的距离在零和第三线光源的匀光宽度|B2C2|的二分之一之间时，可参考下面的两实施例进行预设距离和预设角度的调整。

在另一实施例中，如图7所示，假设第二线光源112和第三线光源113的匀光宽度均为零，即在宽度方向上，第二线光源112和第三线光源113的出射光强自中心至边缘始终处于如图3所示的衰减状态。那么，在调节第二线光源112和第三线光源113时，其预设距离和预设夹角分别相等，即关于目标照明区域对称设置，并且使第二线光源112的光轴光线对准第一校准边缘A3，第三线光源113的光轴光线对准第二校准边缘A4，从而令第一校准边缘A3和第二校准边缘A4的照明光强相等。第一校准边缘A3与目标照明区域的第三物理边缘B1重合，第二校准边缘A4与目标照明区域的第四物理边缘B2重合，在第三物理边缘B1和第四物理边缘B2之间，目标照明区域内的照明光强需要是均匀的。又由于第二线光源112照射在目标照明区域的中心子区域O的光强随照明距离的增大而减少，同理，第三线光源113照射在目标照明区域的中心子区域O的光强随照明距离的增大而减少，为了保持中心子区域O的照明光强与第一校准边缘A3和第二校准边缘A4的照明光强相等，通过叠加第二线光源112和第三线光源113的出射光实现。

在又一实施例中，通过选择合适的发光模块，并设置聚光模块、匀光模块等调整线光源宽度方向上的出射光强，也可以将如图3所示的线光源宽度方向上的出射光强分布调整为类似图2所示的出射光强分布，也就是使线光源宽度方向上的出射光强分布类似于其长度方向上的出射光强分布，在中心一定范围内的出射光强基本保持一致。此时，线光源宽度方向上具有大于零的匀光宽度，在匀光宽度内线光源的出射光强基本一致，此时可以向目标照明区域的中心转动第二线光源112和第三线光源113，从而充分利用线光源的出射光，降低能耗。如图8所示，为了最大程度地利用线光源的出射光，第二线光源112的光轴光线照射于目标照明区域的第一校准边缘A3，第三线光源113的光轴光线照射于目标照明区域的靠近第三线光源的第二校准边缘A4，且第一校准边缘A3的照明光强、第二校准边缘A4的照明光强与目标照明区域的中心子区域O的照明光强相当。而第一校准边缘为目标照明区域的第三物理边缘向内二分之一匀光宽度的范围，相应的，第二校准边缘为目标照明区域的第四物理边缘向内二分之一匀光宽度的范围。

通过比对图7和图8可知，在图7所示的双光源照明装置中，只能利用到线光源的出射光强的50％，有50％的出射光没有照射到目标照明区域内，而在图8所示的照明装置中，对线光源的出射光的利用率超过了50％，在整个目标照明区域B1B2内基本都能够得到均匀的照明。

当然，在照明装置中也可以设置三个或三个以上的线光源，进一步改善照明效果。为了保障照明的均匀性，各个线光源可以关于目标照明区域对称设置。当线光源的数目为奇数时，其中单个线光源的预设距离和预设夹角的调整可参考单光源照明装置中的方式进行，而其它成对的线光源的预设距离和预设夹角的设置可参考双光源照明装置中的方式进行；当线光源的数目为偶数时，线光源的预设距离和预设夹角的设置可参考双光源照明装置的方式进行，在此不再赘述。

在本发明的上述实施例中，线光源包括发光模块，发光模块包括呈阵列排布的发光二极管(Light emitting diode,LED)器件或激光器件(Laser device,LD)。

其中，LED具有工作电压低、工作电流小；抗冲击、抗震性能好，可靠性高、寿命长；发光强度便于调制等优点。而LD产生的激光则具有定向性好、亮度高、相干性好等优点。在设置发光模块时，可根据实际的应用需求选择相应的发光模块。发光模块中可以包括印刷电路板，将多个呈阵列排布的LED或LD固定在印刷电路板上，以便集成组装。

进一步的，如图1所示，照明装置还包括散热模块130、聚光模块140或匀光模块150，其中：

散热模块130靠近发光模块110设置，且散热模块130位于发光模块110的出射光路之外；

聚光模块140设于发光模块110的出射光路上；

匀光模块150设于发光模块110的出射光路上。

在一照明装置中往往设有散热模块130和匀光模块150，而聚光模块140可根据需要设置。其中，散热模块130将发光模块110产生的热量导出，避免照明装置过热导致发光模块110性能下降，出现发光效率的降低。聚光模块140压缩发光模块110产生的出射光的发散角，以保证目标照明区域中的照明光强，聚光模块140包括柱镜、棒镜、菲涅尔镜或全息透镜等。匀光模块150对出射光进行匀化调制，以改善照明均匀性，匀光模块150可以是具有一定雾度的匀光膜片，包括玻璃片或者塑料膜片等，也可以是具有角度调制功能的全息膜片等。

本发明还提出一种机器视觉设备，机器视觉设备包括照明装置，该照明装置的具体结构参照上述实施例，由于本机器视觉设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

进一步的，如图6至图8所示，机器视觉设备还包括成像装置200，成像装置200设置为采集目标照明区域的成像图像。一方面，成像装置200可以在设置预设距离和预设夹角的过程中起到辅助调节的作用，另一方面，在机器实际设备的正常使用过程中，成像装置200采集放置在目标照明区域内的被测物体的图像，以实现对被测物体的检测。其中，成像装置包括成像镜头和成像相机，成像镜头采集来自目标照明区域的成像光束，并对成像光束进行调制，以改善成像质量，而成像相机记录成像图像，以待进一步的调节、检测等分析。

本发明进一步提出一种照明调节方法，用于机器视觉设备，如图1、图5至图8所示，机器视觉设备包括照明装置，照明装置包括线光源110和设于线光源的长度方向上的端部的反射模块120，反射模块120设置为反射线光源110的出射光以使目标照明区域内沿线光源110的长度方向上的照明光强均匀；

照明调节方法包括以下步骤：

步骤S100、调节线光源与目标照明区域之间的预设距离，以及线光源的宽度方向上的光轴光线与目标照明区域之间的预设夹角，使目标照明区域内垂直于线光源的长度方向上的照明光强均匀。

具体的，图2所示为线光源110在其长度方向上的出射光强分布图，在线光源110长度方向的中心区域，出射光强基本是稳定的、而在线光源110长度方向的两端部，出射光强呈逐渐下降的趋势。图3所示为线光源110在宽度方向上的出射光强分布图，从中间至两边出射光强近似呈高斯分布。图4为线光源110的照明光强随照明距离的变化示意图，随着被照射点与出射点之间的照明距离的增大，被照射点接收到的照明光强呈缓慢的减弱趋势。由于上述线光源110本身在长度方向和宽度方向上的出射光强的不均匀，以及照明光强随照明距离的衰减，很容易导致目标照明区域上的光强分布不均匀，而影响到机器视觉的效果。

为了减弱线光源110长度方向上出射光强的不均匀导致的目标照明区域中的光强不均匀，如图1和图5所示，在线光源110长度方向上的端部设置有反射模块120。在图5中，实线所代表的光为线光源110直接产生的出射光，虚线所代表的光为经反射模块120反射后产生的反射光。若没有设置反射模块120，大量出射光将照射到目标照明区域以外的部分，而通过设置反射模块120，可以将这部分出射光反射到目标照明区域中，以增强照明光强。并且，反射光主要集中在对应于线光源110两端的区域，从而有助于补偿线光源110长度方向上出射光的不均匀所导致的照明不均匀性。反射模块120可以包括反射镜，或者带有金属涂层从而具有反光作用的光学材料或光线器件等，此外，反射模块120的反射面可以是平面或者曲面，以实现对出射光的调制，满足光照均匀性的要求。

为了减弱线光源110宽度方向上出射光强的不均匀导致的目标照明区域中的光强不均匀，根据线光源110自身的光强分布特征，通过调节预设距离d和预设夹角θ，平衡线光源110出射光强的不均匀性和照明距离变化导致的照明光强的不均匀性。如图6所示，预设距离d定义为线光源110宽度方向上的光心与目标照明区域之间的距离，预设夹角θ定义为线光源110宽度方向上的光轴光线与目标照明区域平面之间的夹角，且θ在0°至90°之间。通过设置预设距离d和预设夹角θ，使来自线光源110宽度方向的中心区域的较强的出射光照射在目标照明区域内距离线光源110较远的部分，来自线光源110宽度方向的边缘区域的较弱的出射光照射在目标照明区域内距离线光源110较近的部分，根据图3和图4可知，不同原因导致的光强衰减相互平衡，最终使得目标照明区域中接收到的照明光强均匀分布。在调节过程中，为了提高调节效率，可以先调节预设距离d，再调节预设夹角θ，并根据检测结果不断反馈微调，直至照明光强的均匀度能够满足要求。

进一步的，如图6所示，线光源110包括第一线光源111，步骤S100包括：

步骤S110、调节预设距离和预设夹角，使第一线光源的光轴光线照射于目标照明区域的远离第一线光源的第一物理边缘，且第一物理边缘的照明光强与目标照明区域的靠近第一线光源的第二物理边缘的照明光强相当。

在图6所示的单光源照明装置中，第一物理边缘A1和第二物理边缘A2通常是指目标照明区域实际的区域边缘，也就是在第一物理边缘A1和第二物理边缘A2以内，要求照明光强是均匀的，以满足机器视觉检测等的要求。通过使第一线光源111的光轴光线照射在第一物理边缘A1上，并调节预设距离d和预设夹角θ使第一物理边缘A1和第二物理边缘A2的照明光强相当，从而可以使目标照明区域内被均匀照明。此外，使第一线光源111的光轴光线照射在第一物理边缘A1上，还有助于充分利用第一线光源111的出射光，以降低能耗。

线光源110包括第二线光源112和第三线光源113，第二线光源112和第三线光源113关于目标照明区域对称设置，步骤S100包括：

步骤S120、调节第二线光源的预设距离和预设夹角，使第二线光源的光轴光线照射于目标照明区域的靠近第二线光源的第一校准边缘，调节第三线光源的预设距离和预设夹角，使第三线光源的光轴光线照射于目标照明区域的靠近第三线光源的第二校准边缘，且第一校准边缘的照明光强、第二校准边缘的照明光强与目标照明区域的中心子区域的照明光强相当；

其中，第二线光源和第三线光源均包括有沿其宽度方向光强均匀分布的匀光宽度，第一校准边缘与目标照明区域的靠近第二线光源的第三物理边缘之间的距离小于或等于第二线光源的匀光宽度的二分之一，第二校准边缘与目标照明区域的靠近第三线光源的第四物理边缘之间的距离小于或等于第三线光源的匀光宽度的二分之一，匀光宽度大于或等于零。

在双光源照明装置，为了保持照明均匀性，照明装置中的两线光源一般关于目标照明区域对称设置。后文中将以两种极端情况为例对双光源照明装置的设置详细说明，当第一校准边缘A3与目标照明区域的靠近第二线光源112的第三物理边缘B1之间的距离在零和第二线光源112的匀光宽度|B1C1|的二分之一之间，第二校准边缘A4与目标照明区域的靠近第三线光源113的第四物理边缘B2之间的距离在零和第三线光源的匀光宽度|B2C2|的二分之一之间时，可参考下面的两实施例进行预设距离和预设角度的调整。

在另一实施例中，如图7所示，假设第二线光源112和第三线光源113的匀光宽度均为零，即在宽度方向上，第二线光源112和第三线光源113的出射光强自中心至边缘始终处于如图3所示的衰减状态。那么，在调节第二线光源112和第三线光源113时，其预设距离和预设夹角分别相等，即关于目标照明区域对称设置，并且使第二线光源112的光轴光线对准第一校准边缘A3，第三线光源113的光轴光线对准第二校准边缘A4，从而令第一校准边缘A3和第二校准边缘A4的照明光强相等。第一校准边缘A3与目标照明区域的第三物理边缘B1重合，第二校准边缘A4与目标照明区域的第四物理边缘B2重合，在第三物理边缘B1和第四物理边缘B2之间，目标照明区域内的照明光强需要是均匀的。又由于第二线光源112照射在目标照明区域的中心子区域O的光强随照明距离的增大而减少，同理，第三线光源113照射在目标照明区域的中心子区域O的光强随照明距离的增大而减少，为了保持中心子区域O的照明光强与第一校准边缘A3和第二校准边缘A4的照明光强相等，通过叠加第二线光源112和第三线光源113的出射光实现。

在又一实施例中，通过选择合适的发光模块，并设置聚光模块、匀光模块等调整线光源宽度方向上的出射光强，也可以将如图3所示的线光源宽度方向上的出射光强分布调整为类似图2所示的出射光强分布，也就是使线光源宽度方向上的出射光强分布类似于其长度方向上的出射光强分布，在中心一定范围内的出射光强基本保持一致。此时，线光源宽度方向上具有大于零的匀光宽度，在匀光宽度内线光源的出射光强基本一致，此时可以向目标照明区域的中心转动第二线光源112和第三线光源113，从而充分利用线光源的出射光，降低能耗。如图8所示，为了最大程度地利用线光源的出射光，第二线光源112的光轴光线照射于目标照明区域的第一校准边缘A3，第三线光源113的光轴光线照射于目标照明区域的靠近第三线光源的第二校准边缘A4，且第一校准边缘A3的照明光强、第二校准边缘A4的照明光强与目标照明区域的中心子区域O的照明光强相当。而第一校准边缘为目标照明区域的第三物理边缘向内二分之一匀光宽度的范围，相应的，第二校准边缘为目标照明区域的第四物理边缘向内二分之一匀光宽度的范围。

如图6至图8所示，机器视觉设备还包括成像装置200；

步骤S100包括：

步骤S131、获取成像装置采集的标准均匀灰板的第一成像图像；

步骤S132、校准成像装置以使采集到的第一成像图像的灰度均匀；

步骤S133、获取校准后的成像装置在照明装置的照明下采集的目标照明区域的第二成像图像；

步骤S134、根据第二成像图像，调节线光源的预设距离和预设夹角，使目标照明区域内垂直于线光源的长度方向上的照明光强均匀。

在本实施例中，通过设置成像装置200辅助调节线光源的预设距离和预设夹角。具体的，考虑到成像相机本身可能存在成像不均匀的问题，即中心视场亮度大，边缘视场亮度小，在调节线光源之前，首先使用标准均匀灰板对成像装置中的成像镜头进行校正，以保证测量的准确性。当采用标准光源照射标准均匀灰板时，其产生的成像图像也应该是均匀的，据此对成像装置进行校正。之后，利用校正后的成像装置在待调节的照明装置照明下拍摄标准均匀灰板，实时计算灰板中各点的照明光强，根据测量得到的照明光强进行均匀性评估，从而有效反馈目标照明区域内的光照均匀性情况，同时根据反馈结果调节线光源的预设距离和预设夹角，从而实现均匀照明。当然，在上述实施例中，还可以根据成像图像微调照明装置中反射模块的位置，以进一步改善照明均匀性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种照明装置，其特征在于，所述照明装置包括：

线光源，所述线光源与目标照明区域之间的距离为预设距离，所述线光源的宽度方向上的光轴光线与所述目标照明区域之间的夹角为预设夹角，所述预设距离和所述预设夹角设置为使所述目标照明区域内垂直于所述线光源的长度方向上的照明光强均匀；

反射模块，所述反射模块设于所述线光源的长度方向上的端部，所述反射模块设置为反射所述线光源的出射光以使所述目标照明区域内沿所述线光源的长度方向上的照明光强均匀。

2.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述线光源包括第一线光源，所述第一线光源的预设距离和预设夹角设置为使所述第一线光源的光轴光线照射于所述目标照明区域的远离所述第一线光源的第一物理边缘，且所述第一物理边缘的照明光强与所述目标照明区域的靠近所述第一线光源的第二物理边缘的照明光强相当。

3.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述线光源包括第二线光源和第三线光源，所述第二线光源和所述第三线光源关于所述目标照明区域对称设置，所述第二线光源的预设距离和预设夹角设置为使所述第二线光源的光轴光线照射于所述目标照明区域的靠近所述第二线光源的第一校准边缘，所述第三线光源的预设距离和预设夹角设置为使所述第三线光源的光轴光线照射于所述目标照明区域的靠近所述第三线光源的第二校准边缘，且所述第一校准边缘的照明光强、所述第二校准边缘的照明光强与所述目标照明区域的中心子区域的照明光强相当；

其中，所述第二线光源和所述第三线光源均包括有沿其宽度方向光强均匀分布的匀光宽度，所述第一校准边缘与所述目标照明区域的靠近所述第二线光源的第三物理边缘之间的距离小于或等于所述第二线光源的匀光宽度的二分之一，所述第二校准边缘与所述目标照明区域的靠近所述第三线光源的第四物理边缘之间的距离小于或等于所述第三线光源的匀光宽度的二分之一，所述匀光宽度大于或等于零。

4.如权利要求1至3中任一项所述的照明装置，其特征在于，所述线光源包括：

发光模块，所述发光模块包括呈阵列排布的发光二极管器件或激光器件。

5.如权利要求4所述的照明装置，其特征在于，所述照明装置还包括散热模块、聚光模块或匀光模块，其中：

所述散热模块靠近所述发光模块设置，且所述散热模块位于所述发光模块的出射光路之外；

所述聚光模块设于所述发光模块的出射光路上；

所述匀光模块设于所述发光模块的出射光路上。

6.一种机器视觉设备，其特征在于，所述机器视觉设备包括如权利要求1至5中任一项所述的照明装置。

7.如权利要求6所述的机器视觉设备，其特征在于，所述机器视觉设备还包括成像装置，所述成像装置设置为采集所述目标照明区域的成像图像。

8.一种照明调节方法，用于机器视觉设备，其特征在于，所述机器视觉设备包括照明装置，所述照明装置包括线光源和设于所述线光源的长度方向上的端部的反射模块，所述反射模块设置为反射所述线光源的出射光以使目标照明区域内沿所述线光源的长度方向上的照明光强均匀；

所述照明调节方法包括以下步骤：

调节所述线光源与所述目标照明区域之间的预设距离，以及所述线光源的宽度方向上的光轴光线与所述目标照明区域之间的预设夹角，使所述目标照明区域内垂直于所述线光源的长度方向上的照明光强均匀。

9.如权利要求8所述的照明调节方法，其特征在于，所述线光源包括第一线光源，所述调节所述线光源与所述目标照明区域之间的预设距离，以及所述线光源的宽度方向上的光轴光线与所述目标照明区域之间的预设夹角，使所述目标照明区域内垂直于所述线光源的长度方向上的照明光强均匀的步骤包括：

调节所述第一线光源的预设距离和预设夹角，使所述第一线光源的光轴光线照射于所述目标照明区域的远离所述第一线光源的第一物理边缘，且所述第一物理边缘的照明光强与所述目标照明区域的靠近所述第一线光源的第二物理边缘的照明光强相当；或，

所述线光源包括第二线光源和第三线光源，所述第二线光源和所述第三线光源关于所述目标照明区域对称设置，所述调节所述线光源与所述目标照明区域之间的预设距离，以及所述线光源的宽度方向上的光轴光线与所述目标照明区域之间的预设夹角，使所述目标照明区域内垂直于所述线光源的长度方向上的照明光强均匀的步骤包括：

调节所述第二线光源的预设距离和预设夹角，使所述第二线光源的光轴光线照射于所述目标照明区域的靠近所述第二线光源的第一校准边缘，调节所述第三线光源的预设距离和预设夹角，使所述第三线光源的光轴光线照射于所述目标照明区域的靠近所述第三线光源的第二校准边缘，且所述第一校准边缘的照明光强、所述第二校准边缘的照明光强与所述目标照明区域的中心子区域的照明光强相当；

其中，所述第二线光源和所述第三线光源均包括有沿其宽度方向光强均匀分布的匀光宽度，所述第一校准边缘与所述目标照明区域的靠近所述第二线光源的第三物理边缘之间的距离小于或等于所述第二线光源的匀光宽度的二分之一，所述第二校准边缘与所述目标照明区域的靠近所述第三线光源的第四物理边缘之间的距离小于或等于所述第三线光源的匀光宽度的二分之一，所述匀光宽度大于或等于零。

10.如权利要求8或9所述的照明调节方法，其特征在于，所述机器视觉设备还包括成像装置；

所述调节所述线光源与所述目标照明区域之间的预设距离，以及所述线光源的宽度方向上的光轴光线与所述目标照明区域之间的预设夹角，使所述目标照明区域内垂直于所述线光源的长度方向上的照明光强均匀的步骤包括：

获取所述成像装置采集的标准均匀灰板的第一成像图像；

校准所述成像装置以使采集到的所述第一成像图像的灰度均匀；

获取校准后的所述成像装置在所述照明装置的照明下采集的目标照明区域的第二成像图像；

根据所述第二成像图像，调节所述线光源的预设距离和预设夹角，使所述目标照明区域内垂直于所述线光源的长度方向上的照明光强均匀。