CN111256748A - 一种基于可编程面阵光源的机器视觉系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于检测设备技术领域，涉及一种基于可编程面阵光源的机器视觉系统及其应用，该系统包括：箱体、可编程面阵光源、灯光控制器及工控机；可编程面阵光源固定于箱体内的顶部，箱体的底部设置一平台，用于放置待检测物体；灯光控制器与工控机连接，工控机通过灯光控制器控制可编程面阵光源的颜色、亮度及照明；可编程面阵光源的中心处安装有摄像机，摄像机由工控机控制。利用市场上常用的低成本的彩色显示屏模块，形成符合视觉算法要求的任意形状的、任意颜色的局部照明环境，基于这种可编程面阵光源的用于较大尺寸工件检测的机器视觉系统，搭建方便、价格低廉、适应能力强，应用范围广泛，避免了不同区域照明环境差异而形成的相互干扰。

Description

一种基于可编程面阵光源的机器视觉系统及其应用

技术领域

本发明属于检测设备技术领域，涉及机器光源视觉系统，具体涉及一种基于可编程面阵光源的机器视觉系统及其应用。

背景技术

目前机器视觉光源系统在检测某种特定工业零件时，需要根据物体的局部特征属性采用不同的光源，以达到符合算法要求的最佳照明环境。然而目前的工业视觉照明光源通常具有固定的照明范围、价格较高，对于检测较大工件的特征时难以满足特定的局部照明条件。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于大尺寸复杂工件检测的机器视觉系统及其应用，避免因不同区域照明环境的差异而形成的相互干扰的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种基于可编程面阵光源的机器视觉系统，包括：箱体、可编程面阵光源、灯光控制器及工控机；所述可编程面阵光源固定于箱体内的顶部，所述箱体的底部设置一平台，用于放置待检测物体；所述灯光控制器与工控机连接，所述工控机通过灯光控制器控制可编程面阵光源的颜色、亮度及照明；所述可编程面阵光源的中心处安装有摄像机，所述摄像机由工控机控制。

进一步，所述可编程面阵光源包括分布于箱体内顶部的四块可编程照明板，相邻的两个所述可编程照明板两两交错，在所述可编程面阵光源的中心处分布有封闭区域E，所述摄像机安装于封闭区域E内。

进一步，所述可编程照明板均呈矩形，包括可编程照明板A、可编程照明板B、可编程照明板C、可编程照明板D；所述可编程照明板A的底边与可编程照明板C的顶边交错连接，所述可编程照明板A的右侧边与可编程照明板B的左侧边交错连接，所述可编程照明板B的底边与可编程照明板D的顶边交错连接，所述可编程照明板D的左侧边和可编程照明板C的右侧边交错连接；所述可编程照明板A的右侧边、可编程照明板C的顶边、可编程照明板D的左侧边和可编程照明板B的底边围绕成封闭区域E。

进一步，所述封闭区域E呈方孔，所述摄像机放置于方孔内，用于拍摄待检测物体的目标图像。

进一步，所述可编程面阵光源采用彩色显示屏模块拼装组成。

进一步，所述彩色显示屏模块为彩色LED显示面板。

进一步，所述彩色显示屏模块为彩色LCD显示面板。

另一方面，本发明还提供了一种基于可编程面阵光源的机器视觉系统的应用，利用如上所述的基于可编程面阵光源的机器视觉系统，具体执行如下步骤：

1)将待检测物体放置在平台上；

2)根据待检测物体的局部检测要求，对可编程照明板实施编程形成局部照明环境；

3)根据待检测物体中不同的待检测目标的位置和尺寸，调整可编程照明板形成与待检测目标的位置和尺寸相对应的特定尺寸、特定形状和特定位置的光源，形成局部微观照明环境；

4)拍摄待检测目标的图像；

5)调整可编程照明板的位置、亮度、形状及颜色形成新的局部照明环境；

6)继续拍摄待检测目标的图像直至拍摄完毕；

7)将拍摄图像传输至所述机器视觉系统进行处理。

进一步，所述步骤4)和6)中拍摄得到的待检测目标的图像与背景边界清晰，方便整个系统进行分割处理。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：利用市场上常用的低成本的彩色显示屏模块，形成符合视觉算法要求的任意形状的、任意颜色的局部照明环境，很好地解决了具有复杂要求的机器视觉系统的光源照明问题。基于这种低成本可编程照明环境构建的适用于较大尺寸工件检测的机器视觉系统，搭建方便、价格低廉、改变照明环境容易，适应能力强，应用范围广泛，避免了不同区域照明环境差异而形成的相互干扰。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。

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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的基于可编程面阵光源的机器视觉系统的结构示意图；

图2为本发明提供的可编程面阵光源的布局图；

图3为本发明提供的局部微观照明环境布置图；

图4(a)、图4(b)为本发明提供的基于可编程面阵光源的机器视觉系统的实际应用示意图。

其中：1为箱体；2为可编程面阵光源；3为灯光控制器；4为工控机；5为摄像机。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的系统的例子。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例

参见图1所示，本发明提供了一种基于可编程面阵光源的机器视觉系统，包括：箱体1、可编程面阵光源2、灯光控制器3及工控机4；可编程面阵光源2固定于箱体1内的顶部，箱体1的底部设置一平台，用于放置待检测物体；灯光控制器3与工控机4连接，工控机4通过灯光控制器3控制可编程面阵光源2的颜色、亮度及照明；可编程面阵光源2的中心处安装有摄像机5，摄像机5由工控机4控制。

进一步，可编程面阵光源2包括分布于箱体1内顶部的四块可编程照明板，相邻的两个可编程照明板两两交错，在可编程面阵光源2的中心处分布有封闭区域E，摄像机5安装于封闭区域E内。

进一步，可编程照明板的典型布置方式以通用可编程模块为单元进行组装，参见图2所示：可编程照明板均呈矩形，包括可编程照明板A、可编程照明板B、可编程照明板C、可编程照明板D；可编程照明板A的底边与可编程照明板C的顶边交错连接，可编程照明板A的右侧边与可编程照明板B的左侧边交错连接，可编程照明板B的底边与可编程照明板D的顶边交错连接，可编程照明板D的左侧边和可编程照明板C的右侧边交错连接；可编程照明板A的右侧边、可编程照明板C的顶边、可编程照明板D的左侧边和可编程照明板B的底边围绕成封闭区域E。其中，封闭区域E呈方孔，摄像机5放置于方孔内，用于拍摄待检测物体的目标图像。

进一步，可编程面阵光源2采用彩色显示屏模块拼装组成。

优选地，彩色显示屏模块为彩色LED显示面板。

优选地，彩色显示屏模块为彩色LCD显示面板

进一步，可编程面阵光源2通过以下步骤搭建形成：a、采用市场上常用的低成本的彩色显示屏模块；b、通过拼装的方式组成多种形状的照明结构；c、照明模式可以通过编程方式实现，包括不同的位置、形状、光照亮度以及颜色等；d、以方便、低成本的方式，通过编程实现机器视觉所需求的复杂照明环境，避免了复杂高成本的固定式照明装置，极大地方便了机器视觉系统的安装、调试以及使用。因此，基于这种可编程面阵光源2搭建的照明环境，适用于较大尺寸工件的局部检测要求，对照明板实施编程形成局部最优照明环境，避免不同区域照明之间的相互干扰；照明的目的是提供待检测目标的清晰图像，使之与背景产生明显差异，便于机器视觉系统利用算法对图像完成准确分割，同时通过对位置、形状、光照亮度以及颜色等不断调整，达到算法需求的最佳光照环境。

此外，本发明还提供了一种基于可编程面阵光源的机器视觉系统的应用，利用如上所述的基于可编程面阵光源的机器视觉系统，具体执行如下步骤：

1)将待检测物体放置在平台上；

2)根据待检测物体(较大尺寸工件)的局部检测要求，对可编程照明板实施编程形成最优局部照明环境；

3)根据待检测物体中不同的待检测目标的位置和尺寸，调整可编程照明板形成与待检测目标的位置和尺寸相对应的特定尺寸、特定形状和特定位置的光源，形成局部最佳的微观照明环境；由于存在不同的待检测目标，根据每个不同的待检测目标的位置和尺寸，通过可编程面阵光源2形成一个特定尺寸、特定形状和特定位置的光源，形成局部最佳的微观照明环境；结合图4(a)所示，图4(a)右侧画框的圆钉边界清晰，算法易于处理；而图4(a)左侧两个圆钉照明效果不理想，可以通过编程的方式调整照明位置，见于图4(b)左侧圆钉，取得较好的效果；

4)拍摄待检测目标的图像；

5)调整可编程照明板的位置、亮度、形状及颜色形成新的局部照明环境；

6)继续拍摄待检测目标的图像直至拍摄完毕；

7)将拍摄图像传输至所述机器视觉系统进行处理。

进一步，步骤4)和6)中拍摄得到的待检测目标的图像与背景边界清晰，方便系统进行分割处理。

进一步，局部照明环境可以通过程序随意改变，其最终目的是获得图像检测算法所需的理想光照条件。例如，在某种零件的检测过程中可以采用下面的光照布置模式取得最佳效果，参见图3所示。

高质量的图像使得系统能够精确地解释出从检测物体中提取的信息，这样就可以产生可靠的并可重复的系统性能。在任何视觉应用中需要的图像质量很大程度上取决于照明条件：颜色，角度和使用照明对象的光源数量意味着好图像之间的差异，有可能会产生更好的性能，也会带来质量差的图像，产生不好的结果。机器视觉照明应该最大化特征对比，同时最小化其它剩下的对比度，因此让相机清晰看到部分或标记。高对比度特征简化集成和提高可靠性；对比度差的图像和不规则的照明需要来自系统的更多努力，而且也增加了处理时间。最优的照明取决于检测物体的尺寸，它的表面特征和部分几何特征和系统需求，具有宽范围的波长(颜色)，视场(尺寸)，对于特殊应用需要，就可以灵活的选择机器视觉照明。

综上，本发明提供的这种基于可编程面阵光源的机器视觉系统，通过廉价的彩色显示屏模块作为可编程照明组件，经组装完成复杂机器视觉环境下照明环境的搭建，并据此组成机器视觉系统，搭建方便、价格低廉、改变照明环境容易，适应能力强等特点，应用范围广泛，避免了不同区域照明环境差异而形成的相互干扰。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的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。

应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种基于可编程面阵光源的机器视觉系统，其特征在于，包括：箱体(1)、可编程面阵光源(2)、灯光控制器(3)及工控机(4)；所述可编程面阵光源(2)固定于箱体(1)内的顶部，所述箱体(1)的底部设置一平台，用于放置待检测物体；所述灯光控制器(3)与工控机(4)连接，所述工控机(4)通过灯光控制器(3)控制可编程面阵光源(2)的颜色、亮度及照明；所述可编程面阵光源(2)的中心处安装有摄像机(5)，所述摄像机(5)由工控机(4)控制。

2.根据权利要求1所述的基于可编程面阵光源的机器视觉系统，其特征在于，所述可编程面阵光源(2)包括分布于箱体(1)内顶部的四块可编程照明板，相邻的两个所述可编程照明板两两交错，在所述可编程面阵光源(2)的中心处分布有封闭区域E，所述摄像机(5)安装于封闭区域E内。

3.根据权利要求2所述的基于可编程面阵光源的机器视觉系统，其特征在于，所述可编程照明板均呈矩形，包括可编程照明板A、可编程照明板B、可编程照明板C、可编程照明板D；所述可编程照明板A的底边与可编程照明板C的顶边交错连接，所述可编程照明板A的右侧边与可编程照明板B的左侧边交错连接，所述可编程照明板B的底边与可编程照明板D的顶边交错连接，所述可编程照明板D的左侧边和可编程照明板C的右侧边交错连接；所述可编程照明板A的右侧边、可编程照明板C的顶边、可编程照明板D的左侧边和可编程照明板B的底边围绕成封闭区域E。

4.根据权利要求3所述的基于可编程面阵光源的机器视觉系统，其特征在于，所述封闭区域E呈方孔，所述摄像机(5)放置于方孔内。

5.根据权利要求1所述的基于可编程面阵光源的机器视觉系统，其特征在于，所述可编程面阵光源(2)采用彩色显示屏模块拼装组成。

6.根据权利要求5所述的基于可编程面阵光源的机器视觉系统，其特征在于，所述彩色显示屏模块为彩色LED显示面板。

7.根据权利要求5所述的基于可编程面阵光源的机器视觉系统，其特征在于，所述彩色显示屏模块为彩色LCD显示面板。

8.一种基于可编程面阵光源的机器视觉系统的应用，其特征在于，利用如权利要求1-7任一项所述的基于可编程面阵光源的机器视觉系统，具体执行如下步骤：

1)将待检测物体放置在平台上；

2)根据待检测物体的局部检测要求，对可编程照明板实施编程形成局部照明环境；

3)根据待检测物体中不同的待检测目标的位置和尺寸，调整可编程照明板形成与待检测目标的位置和尺寸相对应的特定尺寸、特定形状和特定位置的光源，形成局部微观照明环境；

4)拍摄待检测目标的图像；

5)调整可编程照明板的位置、亮度、形状及颜色形成新的局部照明环境；

6)继续拍摄待检测目标的图像直至拍摄完毕；

7)将拍摄图像传输至所述机器视觉系统进行处理。

9.根据权利要求8所述的基于可编程面阵光源的机器视觉系统的应用，其特征在于，所述步骤4)和6)中拍摄得到的待检测目标的图像与背景边界清晰，方便系统进行分割处理。

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