CN110426400A - 针对触摸屏可操作区的自动打光装置及其自动打光方法 - Google Patents

针对触摸屏可操作区的自动打光装置及其自动打光方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种针对触摸屏可操作区的自动打光装置及其自动打光方法,该装置包括机架，还包括设置在机架内的光源系统和检测平台，还包括设置在机架上的相机系统，相机系统设置在检测平台上方；所述光源系统包括设置在检测平台两侧的红外光源、以及红外光源安装基座，并在所述安装基座上设置有红外光源调整机构；所述检测平台下方设置有检测平台调节机构。所述方法包括了采用该装置获取最优打光角度的步骤。本发明通过改变打光装置的机构，对光源可以进行距离和角度的调节，能够在可视光范围内很难检测时，提供高对比度影像检测，可用于针对触摸屏的尺寸测量或者缺陷检测，并可根据测量结果自动调整打光角度。

Description

针对触摸屏可操作区的自动打光装置及其自动打光方法
技术领域
本发明涉及检测设备技术领域，具体而言，涉及一种针对触摸屏可操作区的自动打光装置及其自动打光方法。
背景技术
在消费升级和技术驱动的浪潮下，高端前言的显示技术越来越备受瞩目，运用这些技术的触摸屏产品越来越多的占据市场份额。由于触摸屏可操作区(也叫显示区，英文名为Active Area，以下简称AA区)并不是真正意义上的全面显示屏，只是极大缩小了AA区到边框的距离，因此针对触摸屏AA区的宽度检测尤为重要。传统的检测是人工使用二次元测量仪进行检测，效率低下且仪器价格昂贵，检测结果易受操作员工作状态的影响。
而在现有技术中，机器视觉检测装置开始被运用在这些检测领域，但现有的机器视觉检测装置仍然存在许多不足。在机械视觉领域中，系统光源设计一直是机器视觉中十分重要的环节，通过适当的光源照明设计，使图像中的目标信息与背景信息得到最佳分离，可以大大降低图像处理算法分割、识别的难度，同时提高系统的定位、测量精度，使系统的可靠性和综合性能得到提高。
针对每个特定的应用实例，为了达到最佳照明效果，要单独设计相应的照明装置，尤其是平面产品，在在可视光范围内很难检查时，需要特殊的照明环境才能满足检测条件。但是针对每一个特定的应用实例就设计一款单独的照明设备，又十分浪费人力物力。因此，设计一款能够对平面产品的通用打光检测装置就显得尤为必要了。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对触摸屏可操作区的自动打光装置及其自动打光方法，通过改变打光装置的机构，对光源可以进行距离和角度的调节，能够在可视光范围内很难检测时，提供高对比度影像检测，可用于针对触摸屏的尺寸测量或者缺陷检测，并可根据测量结果自动调整打光角度。
为达到上述技术目的，本发明采用的技术方案具体如下：
针对触摸屏可操作区的自动打光装置，包括机架，其特征在于：还包括设置在机架内的光源系统和检测平台，还包括设置在机架上的相机系统，相机系统设置在检测平台上方；所述光源系统包括设置在检测平台两侧的红外光源、以及红外光源安装基座，并在所述安装基座上设置有红外光源调整机构；所述检测平台下方设置有检测平台调节机构。
进一步地，所述相机系统包括工业相机、工业相机调节机构；所述工业相机调节机构包括相机转接板、三向调节机构，相机转接板安装在调节机构上，工业相机固定在相机转接板上。
进一步地，所述三向调节机构包括横向调节板、连接在横向调节板上的多个纵向调节板、分别连接在纵向调节板上的垂直向调节板，并分别在三种调节板上均设置有条形的导向槽；所述横向调节板固定在机架上。
进一步地，所述纵向调节板分别通过螺栓连接在横向调节板的条形导向槽上，所述垂直向调节基板数量与纵向调节基板数量适配，且每个垂直向调节板分别通过螺栓连接在其中一个纵向调节板的条形导向槽上，并在每个垂直向调节板上连接有相机转接板。
进一步地，所述红外光源调整机构包括转动机构和距离调整机构；所述距离调整机构包括设置在安装基座上的导轨、卡接在导轨上的滑块，所述滑块上固定有支撑板。
进一步地，所述转动机构包括与红外光源连接的旋转轴、驱动旋转轴进行转动的伺服电机，所述伺服电机安装在支撑板上，且伺服电机输出端连接到旋转轴。
进一步地，所述检测平台调节机构具体为直接驱动马达，用于转动检测平台进行角度调节。
本发明还公开了采用上述针对触摸屏可操作区的自动打光装置的打光方法，以自动选择最佳的打光角度，为实现该目的，具体技术方案如下：
自动打光方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1.由相机系统拍摄被检测物并获取其灰度图像，将获的灰度图像大津法二值化；
A2.通过检测平台调节机构对待测物进行角度校正调节，使之与相机系统所拍摄的图像轴平行；
A3.由相机系统对被检测物进行二次拍摄，获取其灰度图像并再次进行大津法二值化处理；
A4.分别采用Sobel和Canny算子对A3步骤中大津法二值化后的图像进行边缘检测，并对两种算法得到的边缘分配权重，按权重叠加得到最终边缘，具体由式1获得：
RF＝a1Rs+a2Rc，且0＜a1＜1，0＜a2＜1，a1+a2≤1，式1；
式中，a1：Sobel边缘的权重，a2：Canny边缘的权重，Rs：Sobel边缘检测结果，Rc：Canny边缘检测结果；
A5.根据边缘极性判断A4步骤中所提取的边缘轮廓为内层轮廓还是外层轮廓，并判断所提取轮廓的长度是否满足要求，满足则保留，不满足则剔除；
A6.根据A5步骤所得内层轮廓，取不同点获取测量值，并与标准值S进行对比，绘制关于打光角度和测量结果的曲线，获取最佳打光角度。
进一步地，所述A5步骤中，边缘极性为图像中从左至右或从上至下，待提取边缘两侧像素点灰度值的渐变情况。
进一步地，所述A6步骤中，从所提取到的内层轮廓两端开始，每间隔100像素取横向坐标值N个，并获取其对应纵坐标之间的差值W，并获取N个所述差值的平均值，由式2获得，
并将获得的平均值与标准值S做运算，获得测量值与标准值的趋近度σ，由式3获得，
调整红外光源的不同打光角度可以得到多个不同的σ，可以绘制出 曲线，曲线中的最高点即为最佳打光角度。
本发明的有益效果在于：本发明区别于现有技术，本发明所提供的自动打光装置具备工业相机可调机构，以及用于打光的光源系统可调机构，在针对触摸屏检测时，可以根据待测物自身的特性，调整拍摄位置和打光的角度。同时，发明提供了基于该自动打光装置的自动打光方法，通过运算绘制获得曲线，从而得到最优的打光角度，因待测物自身的特性就会获得不同的曲线，也就根据曲线的不同，获得不同的最优打光角度。从根本上解决针对每一个特定的应用实例就设计一款单独的照明设备，十分浪费人力物力的问题。
附图说明
图1是本发明提供的针对触摸屏可操作区的自动打光装置整体结构示意；
图2是本发明提供的针对触摸屏可操作区的自动打光装置的相机系统局部放大结构示意图；
图3是本发明提供的针对触摸屏可操作区的自动打光装置的光源系统局部放大结构示意图；
图4是本发明提供的自动打光方法流程框图；
图5是本发明提供的曲线示意图；
图6是本发明提供的工业相机拍摄示意图；
图7是本发明背景技术所述AA区结构示意图。
附图标记：
1、机架；1-1、三色灯；1-2、安全门；2、相机系统；2-1、工业相机；2-2、相机转接板；2-3、垂直向调节板；2-4、纵向调节板；2-5、横向调节板；2-6、导向槽；3、光源系统；3-1、红外光源；3-2、红外光源转接板；3-3、伺服电机；3-4、滑块；3-5、导轨；3-6、安装基座；3-7、支撑板；3-8、轴承支座；3-9、旋转轴；4、检测平台；5、控制柜；6、直接驱动马达。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”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，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明的一种或多种实施方式做进一步的详细描述。
图1-图7所示，针对触摸屏可操作区的自动打光装置，包括机架1，设置在机架1内的光源系统3和检测平台4，还包括设置在机架1上的相机系统2。
相机系统2设置在检测平台4上方；所述相机系统2包括工业相机2-1、工业相机调节机构；所述工业相机调节机构包括相机转接板2-2、三向调节机构，相机转接板2-2安装在调节机构上。
所述三向调节机构包括横向调节板2-5、连接在横向调节板2-5上的多个纵向调节板2-4、分别连接在纵向调节板2-4上的垂直向调节板2-3，并分别在三种调节板上均设置有条形的导向槽2-6；所述横向调节板2-5固定在机架1上，所述纵向调节板2-4分别通过螺栓连接在横向调节板2-5的条形导向槽2-6上，所述垂直向调节基板数量与纵向调节基板数量适配，且每个垂直向调节板2-3分别通过螺栓连接在其中一个纵向调节板2-4的条形导向槽2-6上，并在每个垂直向调节板2-3上连接有相机转接板2-2。
如图1所示，工业相机2-1优选为两个，两个工业相机2-1分别固定到一个相机转接板2-2上，因此，纵向调节板2-4和垂直向调节板2-3的数量也优选为两个，与工业相机2-1的数量相对应，每个相机转接板2-2分别连接在其中一个垂直向调节板2-3。
所述光源系统3包括设置在检测平台4两侧的红外光源3-1、以及红外光源3-1安装基座3-6，并在所述安装基座3-6上设置有红外光源3-1调整机构；所述红外光源3-1调整机构包括转动机构和距离调整机构；所述距离调整机构包括设置在安装基座3-6上的导轨3-5、卡接在导轨3-5上的滑块3-4，所述滑块3-4上固定有支撑板3-7。所述转动机构包括与红外光源3-1连接的旋转轴3-9、驱动旋转轴3-9进行转动的伺服电机3-3，所述伺服电机3-3安装在支撑板3-7上，且伺服电机3-3输出端连接到旋转轴3-9。并在支撑板3-7上还设置有用于安装旋转轴3-9的轴承支座3-8。
所述检测平台4下方设置有检测平台4调节机构，检测平台4调节机构具体为直接驱动马达6，用于转动检测平台4进行角度调节。
当然，还可以在机架1内设置控制柜5，并在机架1上的四周设置遮光挡板，并设计一个安全门1-2，用于封闭式打光。并用三色灯1-1或者其他常用提示手段对检测过程进行提示，这些提示手段在机械领域较为常见，在此不做复述。
在实际使用过程中，本发明建立XYZ轴向，旋转轴3-9与Y坐标轴重叠，X轴正方向为水平角度0°，逆时针旋转为正增，具体可以如图1所示作为示例。此时，分别记相机系统2的三向调节机构的纵向调节板2-4为Y方向，横向调节板2-5为X方向，垂直向调节板2-3为Z方向。在将待测物放置在平台后，通过三向调节机构调整两个相机系统2-1的位置，使其能够分别获取待测物一半的图像。相机调节完成后，开始进行打光。
打光调节过程具体为：沿X轴调节滑块3-4沿直线导轨3-5移动，可带动支撑板3-7及安装在支撑板3-7上的伺服电机3-3沿X轴移动，从而带动红外光源转接板3-2随动，实现调节红外光源3-1打光距离的目的。旋转轴3-9穿过轴承支座3-8连接到伺服电机3-3，伺服电机3-3转动时带动旋转轴3-9沿伺服电机3-3控制方向转动，从而带动红外光源转接板3-2随动，实现伺服电机3-3控制红外光源3-1沿顺(逆)时针方向调节角度的目的。整体而言，自动打光装置通过相机系统2调节工业相机2-1的拍摄位置，通过光源系统3调节打光的距离和角度，实现整体可调节，可以针对多种工况进行使用。
具体而言，自动打光方法，包括以下步骤：
A1.由相机系统2拍摄被检测物并获取其灰度图像，将获的灰度图像大津法二值化；此时，优选的用于检测的工业相机2-1为两个，每个相机各拍摄触摸屏区域的一半，且两个相机的处理过程互不影响。
其中，大津法二值化公式：T＝W1*W2*(u1-u2)2；
式中，T：最佳阈值，W1：背景像素占比，W2：前景像素占比，u1：背景平均灰度值，u2：前景平均灰度值。
A2.通过检测平台4调节机构对待测物进行角度校正调节，使之与相机系统2所拍摄的图像轴平行；将其中一个工业相机2-1所获得的触摸屏AA区图像，短边进行最小二乘法直线检测得到短边与图像纵轴之间的夹角θ(逆时针为正)，并由直接驱动马达6校正角度，使AA区短边与图像纵轴平行。
A3.由相机系统2对被检测物进行二次拍摄，得到的图像为AA区短边与图像纵轴平行，AA区长边与图像横轴平行；获取其灰度图像并再次进行大津法二值化处理；AA区的短边和长边可以参见图7。
A4.分别采用Sobel和Canny算子对A3步骤中大津法二值化后的图像进行边缘检测，并对两种算法得到的边缘分配权重，按权重叠加得到最终边缘，具体由式1获得：
RF＝a1Rs+a2Rc，且0＜a1＜1，0＜a2＜1，a1+a2≤1，式1；
式中，a1：Sobel边缘的权重，a2：Canny边缘的权重，Rs：Sobel边缘检测结果，Rc:Canny边缘检测结果；
其中，Sobel算子边缘检测的原理如下：分别以横向模板和纵向模板与图像做卷积运算，对图像中的每一个像素点都进行卷积运算，得到处理后每一个像素点的灰度值。
Canny算子边缘检测是在Sobel算子的基础上又做了高斯滤波、非极大值抑制以及双阈值检测。
Sobel算子和Canny算子均为成熟算法，其运算过程不做复述，其中，Sobel产生的边缘有强弱，抗噪性好。Canny产生的边缘很细，没有强弱之分。
A5.根据边缘极性判断A4步骤中所提取的边缘轮廓为内层轮廓还是外层轮廓，并判断所提取轮廓的长度是否满足要求，主要是按照已知的标准长度进行判断，标准长度操作员可自己查阅生产数据得到的，满足则保留，不满足则剔除。边缘极性为图像中从左至右或从上至下，待提取边缘两侧像素点灰度值的渐变情况，包括“由黑到白”和“由白到黑”。边缘极性“由黑到白”提取到的为外层轮廓，边缘极性“由白到黑”提取到的为内层轮廓。
A6.根据A5步骤所获得的内层轮廓，从所提取到的内层轮廓两端开始，每间隔100像素取横向坐标值N个，并获取其对应纵坐标之间的差值W，并获取N个所述差值的平均值，由式2获得，
并将获得的平均值与标准值S做运算，获得测量值与标准值的趋近度σ，由式3获得，
调整红外光源3-1的不同打光角度可以得到多个不同的σ，可以绘制出曲线，曲线中的最高点即为最佳打光角度。
在本实施例中，如图6所示，采用分别在两个工业相机2-1所获得的图像，从两幅图像的AA区长边部分从端点开始间隔100像素各取3个x值，共取6个值(X1，X2，X3，X4，X5，X6)求其对应的y坐标之间的差值W(W1，W2，W3，W4，W5，W6)。
此时，标准值S通过查看触摸屏的生产数据获得，再套入到式3中，获得趋近度σ。
最终如图5所示，根据打光角度和对应趋近度σ，本实施方式最终得到的是一条关于打光角度和测量结果的曲线，在最高点即为针对本次待测物的最优打光角度。
在针对不同待测物的测量和打光过程中，不断调整红外光源3-1的转动机构，即可分别获得不同的趋近度σ值，也就绘制出不同的曲线图，找到其曲线最高点即可找到该待测物的最优打光角度。从而从根本上解决对每一个特定的应用实例就设计一款单独的照明设备，十分浪费人力物力的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.针对触摸屏可操作区的自动打光装置，包括机架，其特征在于：还包括设置在机架内的光源系统和检测平台，还包括设置在机架上的相机系统，相机系统设置在检测平台上方；所述光源系统包括设置在检测平台两侧的红外光源、以及红外光源安装基座，并在所述安装基座上设置有红外光源调整机构；所述检测平台下方设置有检测平台调节机构。
2.根据权利要求1所述的针对触摸屏可操作区的自动打光装置，其特征在于：所述相机系统包括工业相机、工业相机调节机构；所述工业相机调节机构包括相机转接板、三向调节机构，相机转接板安装在调节机构上，工业相机固定在相机转接板上。
3.根据权利要求2所述的针对触摸屏可操作区的自动打光装置，其特征在于：所述三向调节机构包括横向调节板、连接在横向调节板上的多个纵向调节板、分别连接在纵向调节板上的垂直向调节板，并分别在三种调节板上均设置有条形的导向槽；所述横向调节板固定在机架上。
4.根据权利要求3所述的针对触摸屏可操作区的自动打光装置，其特征在于：所述纵向调节板分别通过螺栓连接在横向调节板的条形导向槽上，所述垂直向调节基板数量与纵向调节基板数量适配，且每个垂直向调节板分别通过螺栓连接在其中一个纵向调节板的条形导向槽上，并在每个垂直向调节板上连接有相机转接板。
5.根据权利要求1所述的针对触摸屏可操作区的自动打光装置，其特征在于：所述红外光源调整机构包括转动机构和距离调整机构；所述距离调整机构包括设置在安装基座上的导轨、卡接在导轨上的滑块，所述滑块上固定有支撑板。
6.根据权利要求5所述的针对触摸屏可操作区的自动打光装置，其特征在于：所述转动机构包括与红外光源连接的旋转轴、驱动旋转轴进行转动的伺服电机，所述伺服电机安装在支撑板上，且伺服电机输出端连接到旋转轴。
7.根据权利要求1所述的针对触摸屏可操作区的自动打光装置，其特征在于：所述检测平台调节机构具体为直接驱动马达，用于转动检测平台进行角度调节。
8.自动打光方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1.由相机系统拍摄被检测物并获取其灰度图像，将获的灰度图像大津法二值化；
A2.通过检测平台调节机构对待测物进行角度校正调节，使之与相机系统所拍摄的图像轴平行；
A3.由相机系统对被检测物进行二次拍摄，获取其灰度图像并再次进行大津法二值化处理；
A4.分别采用Sobel和Canny算子对A3步骤中大津法二值化后的图像进行边缘检测，并对两种算法得到的边缘分配权重，按权重叠加得到最终边缘，具体由式1获得：
RF＝a1Rs+a2Rc,且0＜a1＜1,0＜a2＜1,a1+a2≤1，式1；
式中，a1:Sobel边缘的权重，a2:Canny边缘的权重，Rs:Sobel边缘检测结果，Rc:Canny边缘检测结果；
A5.根据边缘极性判断A4步骤中所提取的边缘轮廓为内层轮廓还是外层轮廓，并判断所提取轮廓的长度是否满足要求，满足则保留，不满足则剔除；
A6.根据A5步骤所得内层轮廓，取不同点获取测量值，并与标准值S进行对比，绘制关于打光角度和测量结果的曲线，获取最佳打光角度。
9.根据权利要求8所述的自动打光方法，其特征在于，所述A5步骤中，边缘极性为图像中从左至右或从上至下，待提取边缘两侧像素点灰度值的渐变情况。
10.根据权利要求8所述的自动打光方法，其特征在于，所述A6步骤中，从所提取到的内层轮廓两端开始，每间隔100像素取横向坐标值N个，并获取其对应纵坐标之间的差值W，并获取N个所述差值的平均值，由式2获得，
并将获得的平均值与标准值S做运算，获得测量值与标准值的趋近度σ，由式3获得，
调整红外光源的不同打光角度得到多个不同的σ，绘制出曲线，曲线中的最高点即为最佳打光角度。
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