CN109840984B - 一种硬币表面质量检查系统、方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及硬币质量检测领域，具体涉及一种硬币表面质量检查系统、方法和装置。一种硬币表面质量检查系统，包括：光发生模块；图像采集模块；图像分离模块，所述图像分离模块对图像采集模块获取的表面图像进行通道分离，获取三幅三原色图像；图像重建模块，所述图像重建模块根据三幅三原色图像重建待检查硬币的三维表面，其中，所述光发生模块从三个不同方向倾斜朝向待检查硬币发出光，三个方向发出的光分别为红光、绿光和蓝光，红光、绿光和蓝光的照射面积均覆盖待检查硬币的待检查表面，红光、绿光和蓝光照射在待检查硬币表面的亮度一致。解决了现有技术中利用传统光学系统无法获得硬币高度信息的问题和三维重建所需的图像的多次曝光问题。

Description

一种硬币表面质量检查系统、方法和装置

技术领域

本发明涉及硬币质量检测领域，具体涉及一种硬币表面质量检查系统、方法和装置。

背景技术

硬币作为一种小额货币，在日常生活中流通比较广泛。其中，在产品生产成形过程中，由于坯料本身存在缺陷，或者，模具出现不同程度的破损，容易导致印制的硬币的表面质量出现缺陷。因此，为了保证每一枚硬币在流通前达到出厂品质要求，需要对硬币进行全面的表面质量检测。

在对硬币的表面质量检测中，对硬币进行的真实感渲染一直是很大的挑战，这类问题的难点在于无法呈现其高度信息。常用的机器视觉方法只能呈现出硬币的二维信息，无法对缺陷的高度信息进行标定，从而无法从高度信息上对缺陷进行定量的分析。同时硬币生产线传输带的稳定性无法保证，导致在一个工位上的多次曝光成像存在困难。为此，需要对硬币表面质量检测装置及方法进行改进，以求对硬币表面质量进行更准确、便捷的检测。

发明内容

为了解决现有技术中利用传统光学系统无法获得硬币高度信息和三维重构所需的图像的多次曝光问题。本发明提出一种硬币表面质量检查系统、方法和装置，利用多个彩色光源对硬币进行多角度一次曝光，利用图像采集装置对硬币进行一次成像，利用图像处理装置对图像进行通道分离获得硬币同位置多角度的图像，再使用图像融合技术重构出硬币的图文高度信息。本发明的技术方案为：

一种硬币表面质量检查系统，包括：

光发生模块，所述光发生模块发出光以照亮待检查硬币；

图像采集模块，所述图像采集模块获取待检查硬币的表面图像；

图像分离模块，所述图像分离模块对图像采集模块获取的表面图像进行通道分离，获取三幅三原色图像；

图像重建模块，所述图像重建模块根据三幅三原色图像重建待检查硬币的三维表面，

其中，所述光发生模块从三个不同方向倾斜朝向待检查硬币发出光，三个方向发出的光分别为红光、绿光和蓝光，红光、绿光和蓝光的照射面积均覆盖待检查硬币的待检查表面。

进一步地，所述系统还包括图像比对模块，所述图像比对模块将重建的待检查硬币表面的三维表面与硬币的标准表面进行对比，获取硬币表面的质量情况。

一种硬币表面质量检查方法，包括如下步骤：

S1、从三个不同方向同时倾斜朝向待检查硬币发出红光、绿光和蓝光，红光、绿光和蓝光的照射面积均覆盖待检查硬币的待检查表面；

S2、在步骤S1的光照情况下，一次采集待检查硬币的表面图像；

S3、对步骤S2中采集的表面图像进行通道分离，获取三幅三原色图像；

S4、根据步骤S3中获取的三幅三原色图像对待检查硬币的表面进行重建。

进一步地，所述方法还包括步骤S5、将重建的待检查硬币表面的三维表面与硬币的标准表面进行对比，获取硬币表面的质量情况。

一种硬币表面质量检查装置，包括：

光发生装置，所述光发生装置发出光以照亮待检查的硬币；

图像采集装置，所述图像采集装置获取待检查硬币的表面图像，并将表面图像传送至图像处理装置；

图像处理装置，所述图像处理装置接收图像采集装置传送过来的表面图像，对表面图像进行通道分离，根据通道分离后的图像重建三维表面，对重建的三维表面进行比对，

其中，光发生装置包括三组光源装置，三组光源装置为红色光源装置、绿色光源装置和蓝色光源装置，三组光源装置从三个不同方向倾斜照射待检查硬币，三组光源装置的照射面积均覆盖待检查硬币的待检查表面。

进一步地，每组光源装置包含一个或多个同色发光装置，多个同色发光装置在待检查硬币所在的平面上的投影的位置相同，每组光源装置和待检查硬币之间设置有光束整形透镜。

进一步地，所述三组光源装置发出的光线均为平行光线，每组光源装置发出的平行光线与待检查硬币所在平面之间的夹角为15°-75°。

进一步地，所述三组光源装置在待检查硬币所在的平面上的投影均位于以待检查硬币的中心为圆心的圆上，相邻的两组光源装置在待检查硬币所在的平面上的投影之间的圆心角为120°。

进一步地，所述图像采集装置包括采集部件和图像传感器，所述采集部件采集光线，采集到的光线在图像传感器上成像，所述图像传感器将获取的图像传送至图像处理装置。

进一步地，所述图像采集装置为彩色相机，所述采集部件为光学镜头，所述图像传感器为彩色CCD传感器。

基于上述技术方案，本发明所能达到的技术效果为：

1.本发明的一种硬币表面质量检查系统、方法和装置利用多个彩色光源对硬币进行多角度一次曝光，利用图像采集装置对硬币进行一次成像，再通过通道分离获得硬币同位置多角度的图像，再使用图像融合技术重构出硬币的图文高度信息，效率高、运算量小、成本低；

2.本发明的一种硬币表面质量检查系统、方法和装置对硬币进行一次性曝光，避免了硬币传输带上的多次曝光的精度问题，大幅度提高了拍摄效率；

3.本发明采用暗场成像的方式，避免了金属表面镜面反射光对检测的干扰，大幅提升了缺陷检测的灵敏度；

4.本发明合理设置三组光源装置在待检查硬币所在的平面上的投影均位于以待检查硬币的中心为圆心的圆上，相邻的两组光源装置在待检查硬币所在的平面上的投影之间的圆心角为120°，这样三组光源在待检查硬币的四周均匀分布，光线均匀，重建的硬币的表面三维图像更加准确。

附图说明

图1是本发明的硬币表面质量检查方法的流程图；

图2是本发明的硬币表面质量检查装置的结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4为本发明中光发生装置在待检查硬币所在平面的投影之间的位置关系；

图中，1-光发生装置；2-图像采集装置；21-图像传感器；22-采集部件；3-图像处理装置；4-待检查硬币；图中箭头表示光线方向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的发明内容作进一步说明。

一种硬币表面质量检查系统，包括：

光发生模块，所述光发生模块发出光以照亮待检查硬币；

图像采集模块，所述图像采集模块获取待检查硬币的表面图像；

图像分离模块，所述图像分离模块对图像采集模块获取的表面图像进行通道分离，获取三幅三原色图像；

图像重建模块，所述图像重建模块根据三幅三原色图像重建待检查硬币的三维表面，

图像比对模块，所述图像比对模块将重建的待检查硬币表面的三维表面与硬币的标准表面进行对比，获取硬币表面的质量情况。

所述光发生模块从三个不同方向倾斜朝向待检查硬币发出光，三个方向发出的光分别为红光、绿光和蓝光，红光、绿光和蓝光的照射面积均覆盖待检查硬币的待检查表面。优选地，红光、绿光和蓝光照射在待检查硬币表面的亮度一致，这样有利于提高检查精度。所述光发生模块发出的光线为平行光线，所述平行光线与所述待检查硬币所在平面的夹角优选为15°-75°，这样方便三色光线能倾斜且清楚地照射到待检查硬币的表面。

所述图像采集模块用于获取待检查硬币的表面图像，在光发生模块产生三种光照射待检查硬币的情况下，图像采集模块采用一次成像的方式获取待检查硬币的表面图像，获取的表面图像为彩色图像。优选地，所述图像采集模块从正对待检查硬币的方向获取待检查硬币的表面图像。

所述图像分离模块对获取的表面图像进行通道分离，所述的通道分离过程类似于Photoshop中的分离过程，通过对一幅彩色图像，进行通道分离，获得3个单独的灰色图像，3个灰度图像分别对应红、绿、蓝3个通道，可以单独进行编辑。由于光发生模块发出的三色光是从不同方向照射过来的，这样图像分离模块对获取的表面图像进行通道分离后获得的3个单独的灰色图像就对应硬币表面的3幅图像，为后边的图像重建做好准备。

在获取红、绿、蓝3个通道的3个灰度图像后，所述图像重建模块将不同图像的亮度方程联立，求解出物体表面法向量的方向，最终实现待检查硬币表面的三维重建。

在完成对待检查硬币表面的三维重建后，将重建的待检查硬币表面的三维表面和硬币的标准表面进行对比，获取硬币表面的质量情况。通过对比，可以识别硬币表面的赃物、粘坑和凸起，起到检查硬币质量的作用。

如图1所示，一种硬币表面质量检查方法，包括如下步骤：

S1、从三个不同方向同时倾斜朝向待检查硬币发出红光、绿光和蓝光，红光、绿光和蓝光的照射面积均覆盖待检查硬币的待检查表面；

S2、在步骤S1的光照情况下，一次采集待检查硬币的表面图像；

S3、对步骤S2中采集的表面图像进行通道分离，获取三幅三原色图像；

S4、根据步骤S3中获取的三幅三原色图像对待检查硬币的表面进行重建；

S5、将重建的待检查硬币表面的三维表面与硬币的标准表面进行对比，获取硬币表面的质量情况。

进一步地，所述红光、绿光和蓝光照射在待检查硬币表面的亮度一致，这样有利于提高检查精度。

进一步地，红光、绿光和蓝光的光线为平行光线，所述平行光线与所述待检查硬币所在平面的夹角优选为15°-75°，这样方便三色光线能倾斜且清楚地照射到待检查硬币的表面。

进一步地，步骤S2中从正对着待检查硬币的方向采集待检查硬币的表面图像。

进一步地，步骤S3中的通道分离过程类似于Photoshop中的分离过程，通过对一幅彩色图像进行通道分离，获得3个单独的灰色图像，3个灰度图像分别对应红、绿、蓝3个通道，可以单独进行编辑。步骤S1中的三色光是从不同方向照射过来的，这样对获取的表面图像进行通道分离后获得的3个单独的灰色图像就对应硬币表面的3幅图像，为后边的图像重建做好准备。

进一步地，步骤S4中的重建是将不同图像的亮度方程联立，求解出物体表面法向量的方向，最终实现待检查硬币表面的三维重建。

进一步地，在完成对待检查硬币表面的三维重建后，将重建的待检查硬币表面的三维表面和硬币的标准表面进行对比，获取硬币表面的质量情况。通过对比，可以识别硬币表面的赃物、粘坑和凸起，起到检查硬币质量的作用。

通过上述方法实现对硬币表面一次成像，分离成三个灰色图像，根据三个图像进行对硬币表面的重建，获取重建后的硬币的三维表面，将三维表面和标准表面进行对比，检查硬币表面的质量。上述方法简单、高效、准确。

如图2-4所示，一种硬币表面质量检查装置，包括：

光发生装置1，所述光发生装置1发出光以照亮待检查的硬币4；

图像采集装置2，所述图像采集装置2获取待检查硬币4的表面图像，并将表面图像传送至图像处理装置3；

图像处理装置3，所述图像处理装置3接收图像采集装置2传送过来的表面图像，对表面图像进行通道分离，根据分离结构重建三维表面，对重建的三维表面进行比对，

其中，光发生装置1包括三组光源装置，三组光源装置为红色光源装置、绿色光源装置和蓝色光源装置，三组光源装置从三个不同方向倾斜照射待检查硬币4，三组光源装置的照射面积均覆盖待检查硬币4的待检查表面。

进一步地，所述红色光源装置、绿色光源装置和蓝色光源装置发出的红光、绿光和蓝光照射在待检查硬币表面的亮度一致，这样有利于提高检查精度。

进一步地，每组光源装置可以包含一个或多个同色发光装置，当一组光源装置包含多个同色发光装置时，多个同色发光装置在待检查硬币所在的平面上的投影的位置相同，保证同色光源从同一方向照射到待检查硬币的表面。三组光源装置的高度可以相同也可以不同。

进一步地，每组光源装置和待检查硬币之间设置有光束整形透镜，通过设置光束整形透镜，获得满足所需要求的光线。

进一步地，光发生装置1的三组光源装置发出的光线均为平行光线，每组光源装置发出的平行光线与待检查硬币4所在平面之间的夹角为15°-75°。

进一步地，如图4所示，所述三组光源装置在待检查硬币所在的平面上的投影均位于以待检查硬币的中心为圆心的圆上。更进一步地，相邻两组光源装置在待检查硬币4所在的平面上的投影之间的圆心角均为120°。这样三组光源装置围绕待检查硬币4均匀分布，便于对硬币表面进行三维重建。

所述图像采集装置2包括采集部件22和图像传感器21，所述采集部件22采集光线，采集到的光线在图像传感器上21成像，所述图像传感器21将获取的图像传送至图像处理装置3。优选地，所述图像采集装置2正对着待检查硬币4进行表面图像的采集。优选地，所述图像采集装置2为彩色相机，所述采集部件22为光学镜头，所述图像传感器21为彩色CCD传感器。

所述图像采集装置2和所述图像处理装置3电连接。所述图像处理装置3接收到图像采集装置2传送过来的表面图像后，对表面图像进行通道分离、三维重建和比对处理。所述的通道分离过程类似于Photoshop中的分离过程，通过对一幅彩色图像，进行通道分离，获得3个单独的灰色图像，3个灰度图像分别对应红、绿、蓝3个通道，可以单独进行编辑。由于光发生装置1发出的三色光是从不同方向照射过来的，这样图像处理装置3对获取的表面图像进行通道分离后获得的3个单独的灰色图像就对应硬币表面的3幅图像，为后边的图像重建做好准备。在获取红、绿、蓝3个通道的3个灰度图像后，所述图像处理装置3将不同图像的亮度方程联立，求解出物体表面法向量的方向，最终实现待检查硬币4表面的三维重建。在完成对待检查硬币4表面的三维重建后，图像处理装置3将重建的待检查硬币4表面的三维表面和硬币的标准表面进行对比，获取硬币表面的质量情况。通过对比，可以识别硬币表面的赃物、粘坑和凸起，起到检查硬币质量的作用。

采用上述的硬币表面质量检查系统、方法和装置，能够实现简单、高效、准确地对硬币表面质量进行检查，相比现有技术的其它检查方法有显著的优势。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明的宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (8)

1.一种硬币表面质量检查系统，其特征在于，包括：

光发生模块，所述光发生模块发出光以照亮待检查硬币；

图像采集模块，所述图像采集模块获取待检查硬币的表面图像；

图像分离模块，所述图像分离模块对图像采集模块获取的表面图像进行通道分离，获取三幅三原色图像；

图像重建模块，所述图像重建模块根据三幅三原色图像重建待检查硬币的三维表面，

其中，

所述光发生模块从三个不同方向倾斜朝向待检查硬币发出光，三个方向发出的光分别为红光、绿光和蓝光，红光、绿光和蓝光的照射面积均覆盖待检查硬币的待检查表面；

所述系统还包括图像比对模块，所述图像比对模块将重建的待检查硬币表面的三维表面与硬币的标准表面进行对比，获取硬币表面的质量情况。

2.一种硬币表面质量检查方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、从三个不同方向同时倾斜朝向待检查硬币发出红光、绿光和蓝光，红光、绿光和蓝光的照射面积均覆盖待检查硬币的待检查表面；

S2、在步骤S1的光照情况下，一次采集待检查硬币的表面图像；

S3、对步骤S2中采集的表面图像进行通道分离，获取三幅三原色图像；

S4、根据步骤S3中获取的三幅三原色图像对待检查硬币的表面进行重建；

S5、将重建的待检查硬币表面的三维表面与硬币的标准表面进行对比，获取硬币表面的质量情况。

3.一种硬币表面质量检查装置，其特征在于，包括：

光发生装置(1)，所述光发生装置(1)发出光以照亮待检查的硬币(4)；

图像采集装置(2)，所述图像采集装置(2)获取待检查硬币(4)的表面图像，并将表面图像传送至图像处理装置(3)；

图像处理装置(3)，所述图像处理装置(3)接收图像采集装置(2)传送过来的表面图像，对表面图像进行通道分离，根据通道分离后的图像重建三维表面，对重建的三维表面进行比对，

其中，光发生装置(1)包括三组光源装置，三组光源装置为红色光源装置、绿色光源装置和蓝色光源装置，三组光源装置从三个不同方向倾斜照射待检查硬币(4)，所述三组光源装置发出的光线均为平行光线，三组光源装置的照射面积均覆盖待检查硬币(4)的待检查表面。

4.如权利要求3所述的一种硬币表面质量检查装置，其特征在于，每组光源装置包含一个或多个同色发光装置，多个同色发光装置在待检查硬币所在的平面上的投影的位置相同，每组光源装置和待检查硬币之间设置有光束整形透镜。

5.如权利要求3或4所述的一种硬币表面质量检查装置，其特征在于，每组光源装置发出的平行光线与待检查硬币所在平面之间的夹角为15°-75°。

6.如权利要求5所述的一种硬币表面质量检查装置，其特征在于，所述三组光源装置在待检查硬币所在的平面上的投影均位于以待检查硬币的中心为圆心的圆上，相邻的两组光源装置在待检查硬币所在的平面上的投影之间的圆心角为120°。

7.如权利要求3或6所述的一种硬币表面质量检查装置，其特征在于，所述图像采集装置(2)包括采集部件(22)和图像传感器(21)，所述采集部件(22)采集光线，采集到的光线在图像传感器(21)上成像，所述图像传感器(21)将获取的图像传送至图像处理装置(3)。

8.如权利要求7所述的一种硬币表面质量检查装置，其特征在于，所述图像采集装置(2)为彩色相机，所述采集部件(22)为光学镜头，所述图像传感器(21)为彩色CCD传感器。

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