CN110207616B - 一种基于反射光路的拍摄装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于反射光路的拍摄装置，用于对待测物的侧面及顶部同时进行拍摄，其包括照明光源、相机以及用于将待测物不同侧面的图像光束反射至中部反射镜组的底部反射镜组、用于将侧面图像光束全部反射至上部反射镜的中部反射镜组、用于将侧面图像光束呈放射状成像于相机中的电荷耦合器件的上部反射镜、用于将待测物的顶部图像光束反射并成像于相机中的电荷耦合器件的顶部反射镜组。本发明只用一部相机便可成功拍摄待测物的多个侧面及顶部，可大大降低多部相机带来的高成本，并且该装置的体积受待测物直径影响非常小，可以以较小体积的装置测量较大体积的待测物，操作简单、实用性强，也很大程度上降低了图像处理难度。

Description

一种基于反射光路的拍摄装置

技术领域

本发明涉及机器视觉及检测技术领域，具体地说，尤其涉及一种基于反射光路的拍摄装置。

背景技术

目前，在机器视觉及检测领域，要想把圆柱或近似圆柱等的待测物侧面及顶部都拍摄下来，至少需要四个或两个相机，即：用三个相机拍摄待测物侧面，一个相机拍摄待测物顶部；或是，用反射镜先将侧面向一个方向水平反射，然后用一个相机拍摄侧面，再用一个相机拍摄顶部。第一种方案无疑成本是很高的，而且不利于操作，相机个数多，走线复杂；第二种方案虽可在一定程度上降低成本，但是由于光路限制，装置本身体积需要与待测物直径成正比，这样无疑限制了待测物的直径。

因此，如何设计一种可以实现低成本的拍摄圆柱或近似圆柱形的待测物侧面及顶部，并且体积受待测物直径影响小的装置，是本领域技术人员亟须解决的一个问题。

发明内容

有鉴于此，为克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于反射光路的拍摄装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种基于反射光路的拍摄装置，用于对待测物的侧面及顶部同时进行拍摄，其包括底部反射镜组、中部反射镜组、上部反射镜、顶部反射镜组、照明光源以及相机；其中，

所述底部反射镜组布设于所述待测物的周围，用于接收所述待测物不同侧面的图像光束，并将该侧面图像光束反射至所述中部反射镜组；

所述中部反射镜组布设于所述待测物的上方，用于将所述底部反射镜组反射过来的侧面图像光束全部反射至所述上部反射镜；

所述上部反射镜位于所述中部反射镜组的上方，用于将所述中部反射镜组反射过来的侧面图像光束呈放射状成像于所述相机中的电荷耦合器件；

所述上部反射镜上设有一与所述待测物中心同轴的椭圆孔，所述顶部反射镜组位于所述上部反射镜的上方，用于接收透过所述椭圆孔传输的所述待测物的顶部图像光束，并将该顶部图像光束又透过所述椭圆孔反射，最终成像于所述相机中的电荷耦合器件；

所述相机位于所述上部反射镜远离所述顶部反射镜组的一侧且其电荷耦合器件对准所述上部反射镜上的椭圆孔；

所述照明光源位于所述底部反射镜组的上方，用于为所述待测物的侧面及顶部提供照明。

本发明只用一部相机便可成功拍摄待测物的多个侧面及顶部，可大大降低多部相机带来的高成本。

在上述技术方案的基础上，本发明还可做出如下改进：

优选的，所述底部反射镜组、所述中部反射镜组中各反射镜的设计角度以及其与所述待测物之间的距离均可调节。

因本发明采用了斜向上反射光路设计，底部反射镜组和中部反射镜组通过呈一定角度排列，并且其中各反射镜的设计角度以及各反射镜与所述待测物之间的距离均可调节，故可实现将待测物侧面的光线全部反射至对应中部反射镜组，然后经上部反射镜将光线全部反射至相机，最终以放射状成像至相机ccd(电荷耦合器件)，所以该装置的体积受待测物直径影响非常小，可以以较小体积的装置测量较大体积的待测物。

优选的，所述顶部反射镜组由两个反射镜组成，两个所述反射镜以所述椭圆孔中心为顶点成等腰直角三角形固定，只有这样才可以保证待测物的顶部光线能够全部反射至相机。

优选的，两个所述反射镜的位置均可调节，以保证待测物顶部和侧面到相机的距离相同，即两个所述反射镜为工作距离补偿设计，可将待测物侧面及顶部光线以相同的距离反射至相机。

优选的，两个所述反射镜为普通反射镜或者光程与普通反射镜相等的五角棱镜。

优选的，所述待测物置于所述底部反射镜组的中间位置，可以进一步保证待测物的各侧面光线都能被底部反射镜组完整的反射。

优选的，所述底部反射镜组包括反射镜一、反射镜二和反射镜三，所述反射镜一、反射镜二和反射镜三互成120°角置于所述待测物周围且所述反射镜一、反射镜二和反射镜三均能够将所述待测物的侧面光线全部反射。

即反射镜一、反射镜二和反射镜三可以通过合理调节其与竖直方向的夹角以及其与待测物之间的距离，根据待测物的高度和直径，让角度和距离在一定范围内调整最终使待测物的侧面光线全部被反射。

优选的，所述中部反射镜组包括反射镜四、反射镜五和反射镜六，所述反射镜四、反射镜五和反射镜六以所述待测物的中心为轴心成120°角排布且分别固定在所述反射镜一、反射镜二和反射镜三的异侧上侧，所述反射镜四、反射镜五和反射镜六能够将所述反射镜一、反射镜二和反射镜三反射过来的光线全部反射到所述上部反射镜上。

即反射镜四、反射镜五和反射镜六也通过合理调节其与竖直方向的夹角以及其与待测物之间的距离，让反射镜四和反射镜一、反射镜五和反射镜二、反射镜六和反射镜三分别在待测物的异侧上下成一角度放置，保证反射镜一、反射镜二和反射镜三能将同侧待测物侧面分别完全反射至对应反射镜四、反射镜五和反射镜六。

优选的，所述上部反射镜包括反射镜七，所述反射镜七除所述椭圆孔以外的位置用于接收由所述反射镜四、反射镜五和反射镜六反射过来的全部图像光束。

即反射镜四、反射镜五和反射镜六除需要调整角度和距离使其能够将侧面图像光束全部反射至反射镜七外，还需确保光束不能从反射镜七的椭圆孔处照出。

优选的，所述顶部反射镜组包括反射镜八和反射镜九，所述反射镜八位于所述椭圆孔的正上方；所述反射镜九位于所述反射镜七椭圆孔远离所述相机的一侧，用于将由所述反射镜八反射过来的顶部图像光束透过所述椭圆孔反射成像到所述相机中的电荷耦合器件。

优选的，所述照明光源为低角度环形无影光源，保证给待测物照明补光的同时，不会造成过亮反射点。

优选的，各所述反射镜为反射率较高的任意材质的反射镜。

优选的，该拍摄装置整体为模块化设计。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于反射光路的拍摄装置，具有以下有益效果：

(1)、本发明装置的内部设计有照明光源，无需再设计打光。

(2)、本发明拍摄待测物，尤其是圆柱或近似圆柱形的待测物时，只用一部相机便可成功拍摄待测物侧面及顶部，可大大降低多部相机带来的高成本。

(3)、本发明体积受待测物直径影响很小，能够测量较大体积范围内的待测物。

(4)、本发明为模块化设计，客户无需二次拆装，可以避免反射镜角度或位置轻易发生改变，影响拍摄效果。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的其中一种实施例的结构图。

图2附图为本发明提供的其中一种实施例的原理图。

图3附图为本发明提供的其中一种实施例的成像效果示意图。

其中，图中，

1-反射镜一，2-反射镜二，3-反射镜三，4-反射镜四，5-反射镜五，6-反射镜六，7-反射镜七，8-反射镜八，9-反射镜九，10-照明光源，11-相机，12-待测物。

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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

如图1-3所示，本发明实施例公开了一种基于反射光路的拍摄装置，用于对待测物12的侧面及顶部同时进行拍摄，包括底部反射镜组、中部反射镜组、上部反射镜、顶部反射镜组、照明光源10以及相机11。底部反射镜组、中部反射镜组、上部反射镜以及顶部反射镜组中的各反射镜可采用反射率较高的任意材质的反射镜。其中，

底部反射镜组布设于待测物12的周围，用于接收待测物12不同侧面的图像光束，并将该侧面图像光束反射至中部反射镜组。本实施例中，底部反射镜组包括反射镜一1、反射镜二2和反射镜三3，反射镜一1、反射镜二2和反射镜三3互成120°角置于待测物12周围且反射镜一1、反射镜二2和反射镜三3均能够将待测物12的侧面光线全部反射。反射镜一1、反射镜二2和反射镜三3的设计角度以及其与待测物12之间的距离均可调节，例如，以待测物12直径360mm环形轨迹为例，反射镜一1、反射镜二2和反射镜三3与竖直向下方向的夹角根据待测物12高度和直径，可在100°-120°范围内调整，与待测物12的水平距离也可根据进样轨迹调整，避免待测物12与本发明装置发生碰撞。

中部反射镜组布设于待测物12的上方，用于将底部反射镜组反射过来的侧面图像光束全部反射至上部反射镜。本实施例中，中部反射镜组包括反射镜四4、反射镜五5和反射镜六6，反射镜四4、反射镜五5和反射镜六6同样以待测物12的中心为轴心成120°角排布且分别固定在反射镜一1、反射镜二2和反射镜三3的异侧上侧。反射镜四4、反射镜五5和反射镜六6的设计角度以及其与待测物12之间的距离均可调节，通过调整合适角度以及距离，保证反射镜一1、反射镜二2和反射镜三3能将同侧待测物12侧面分别完全反射至对应反射镜四4、反射镜五5和反射镜六6。

上部反射镜位于中部反射镜组的上方，用于将中部反射镜组反射过来的侧面图像光束呈放射状成像于相机11中的电荷耦合器件(ccd)。上部反射镜上设有一与待测物12中心同轴的椭圆孔，本实施例中，上部反射镜包括反射镜七7，反射镜七7除椭圆孔以外的位置用于接收由反射镜四4、反射镜五5和反射镜六6反射过来的全部图像光束，即反射镜四4、反射镜五5和反射镜六6通过调整合适角度以及距离，还能够将反射过来的光线全部反射到反射镜七7，但又不会从反射镜七7的椭圆孔照出。

本实施例中，反射镜七7可与水平面成45°放置，以便于相机11水平安装。

顶部反射镜组位于上部反射镜的上方，用于接收透过椭圆孔传输的待测物12的顶部图像光束，并将该顶部图像光束又透过椭圆孔反射，最终成像于相机11中的电荷耦合器件。本实施例中，顶部反射镜组包括反射镜八8和反射镜九9，反射镜八8位于椭圆孔的正上方；反射镜九9位于反射镜七7椭圆孔远离相机11的一侧，用于将由反射镜八8反射过来的顶部图像光束透过椭圆孔反射成像到相机11中的电荷耦合器件。反射镜八8和反射镜九9以椭圆孔中心为顶点成等腰直角三角形固定，保证待测物12顶部光线全部反射至相机11，同时，反射镜八8和反射镜九9的位置均可调节，以保证待测物12顶部和侧面到相机11的距离相同。

更为具体的，如图1、2所示，本实施例中，反射镜八8固定在反射镜七7椭圆孔的正上方，与水平面远离相机11的方向成22.5°角放置，反射镜九9固定在反射镜七7椭圆孔左侧，与水平面远离相机11的方向成67.5°角放置，反射镜八8和反射镜九9以椭圆孔中心为顶点成等腰直角三角形固定。

反射镜八8和反射镜九9亦可换成一光程与之相等的五角棱镜。

本实施例中，相机11位于反射镜七7远离反射镜八8和反射镜九9的一侧，相机11电荷耦合器件正对反射镜七7的椭圆孔中心，并且相机11水平放置。

本实施例中，照明光源10为低角度环形无影光源，位于反射镜一1、反射镜二2和反射镜三3的上方，用于为待测物12的侧面及顶部提供照明。照明光源10的高度以能照亮待测物12侧面及顶部，不会因反射镜造成反光为准。

本发明的具体工作过程为：

先将待测物12置于反射镜一1、反射镜二2和反射镜三3的中间，根据待测物12高度和直径，调整反射镜一1、反射镜二2、反射镜三3、反射镜四4、反射镜五5和反射镜六6的角度以及其与待测物12之间的距离，使待测物12三个角度的侧面光线斜向上反射，由反射镜一1、反射镜二2和反射镜三3分别全部反射至反射镜四4、反射镜五5和反射镜六6，然后经反射镜七7将光线成90°反射至相机11，如图3所示，以三角形放射状成像至相机ccd(电荷耦合器件)；待测物12的顶部光线从反射镜七7上的椭圆孔穿过，到达反射镜八8，然后经反射镜九9成90°反射至相机11，通过调节反射镜八8和反射镜九9的位置，对其进行工作距离补偿设计，使待测物12侧面及顶部光线能够以相同的距离反射至相机，这样只用一个相机就可以将待测物12的侧面及顶部全部拍摄下来。

本发明操作简单、实用性强，可大大降低多个相机带来的高成本，也很大程度上降低了图像处理难度。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于反射光路的拍摄装置，用于对待测物(12)的侧面及顶部同时进行拍摄，其特征在于，包括底部反射镜组、中部反射镜组、上部反射镜、顶部反射镜组、照明光源(10)以及相机(11)；其中，

所述底部反射镜组布设于所述待测物(12)的周围，用于接收所述待测物(12)不同侧面的图像光束，并将该侧面图像光束反射至所述中部反射镜组；

所述中部反射镜组布设于所述待测物(12)的上方，用于将所述底部反射镜组反射过来的侧面图像光束全部反射至所述上部反射镜；

所述上部反射镜位于所述中部反射镜组的上方，用于将所述中部反射镜组反射过来的侧面图像光束呈放射状成像于所述相机(11)中的电荷耦合器件；

所述上部反射镜上设有一与所述待测物(12)中心同轴的椭圆孔，所述顶部反射镜组位于所述上部反射镜的上方，用于接收透过所述椭圆孔传输的所述待测物(12)的顶部图像光束，并将该顶部图像光束又透过所述椭圆孔反射，最终成像于所述相机(11)中的电荷耦合器件；

所述相机(11)位于所述上部反射镜远离所述顶部反射镜组的一侧且其电荷耦合器件对准所述上部反射镜上的椭圆孔；

所述照明光源(10)位于所述底部反射镜组的上方，用于为所述待测物(12)的侧面及顶部提供照明。

2.根据权利要求1所述的一种基于反射光路的拍摄装置，其特征在于：所述底部反射镜组和所述中部反射镜组中各反射镜的设计角度以及其与所述待测物(12)之间的距离均可调节。

3.根据权利要求1所述的一种基于反射光路的拍摄装置，其特征在于：所述顶部反射镜组由两个反射镜组成，两个所述反射镜以所述椭圆孔中心为顶点成等腰直角三角形固定。

4.根据权利要求3所述的一种基于反射光路的拍摄装置，其特征在于：两个所述反射镜的位置均可调节。

5.根据权利要求3所述的一种基于反射光路的拍摄装置，其特征在于：两个所述反射镜为普通反射镜或者光程与普通反射镜相等的五角棱镜。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于反射光路的拍摄装置，其特征在于：所述底部反射镜组包括反射镜一(1)、反射镜二(2)和反射镜三(3)，所述反射镜一(1)、反射镜二(2)和反射镜三(3)互成120°角置于所述待测物(12)周围且所述反射镜一(1)、反射镜二(2)和反射镜三(3)均能够将所述待测物(12)的侧面光线全部反射。

7.根据权利要求6所述的一种基于反射光路的拍摄装置，其特征在于：所述中部反射镜组包括反射镜四(4)、反射镜五(5)和反射镜六(6)，所述反射镜四(4)、反射镜五(5)和反射镜六(6)以所述待测物(12)的中心为轴心成120°角排布且分别固定在所述反射镜一(1)、反射镜二(2)和反射镜三(3)的异侧上侧，所述反射镜四(4)、反射镜五(5)和反射镜六(6)能够将所述反射镜一(1)、反射镜二(2)和反射镜三(3)反射过来的光线全部反射到所述上部反射镜上。

8.根据权利要求7所述的一种基于反射光路的拍摄装置，其特征在于：所述上部反射镜包括反射镜七(7)，所述反射镜七(7)除所述椭圆孔以外的位置用于接收由所述反射镜四(4)、反射镜五(5)和反射镜六(6)反射过来的全部图像光束。

9.根据权利要求8所述的一种基于反射光路的拍摄装置，其特征在于：所述顶部反射镜组包括反射镜八(8)和反射镜九(9)，所述反射镜八(8)位于所述椭圆孔的正上方；所述反射镜九(9)位于所述反射镜七(7)椭圆孔远离所述相机(11)的一侧，用于将由所述反射镜八(8)反射过来的顶部图像光束透过所述椭圆孔反射成像到所述相机(11)中的电荷耦合器件。

10.根据权利要求1所述的一种基于反射光路的拍摄装置，其特征在于：所述照明光源(10)为低角度环形无影光源。