CN111327847B - 一种镜头畸变校正图像的自动化采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镜头畸变校正图像的自动化采集装置，包括十字位移台连接电机；棋盘格设置于十字位移台上，跟随十字位移台移动；电机驱动器连接电机，驱动电机控制十字位移台移动；IO运动控制器连接电机驱动器，视觉传感器，其视场范围包含所述棋盘格的移动范围，连接总线信号转换装置，采集棋盘格图像，并获取棋盘格角点信息，计算畸变参数，发送给总线信号转换装置；总线信号转换装置和工控机。本发明在大批量生产视觉传感器过程中，提高镜头畸变校正时图像的采集速度及准确性，减少此过程中人为干扰因素，实现畸变校正过程的全自动化处理。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，具体地说是一种镜头畸变校正图像的自动化采集装置。
背景技术
在机器视觉领域所使用的镜头，由于镜片加工工艺的原因，都不可避免的会产生畸变，特别是在焦距小的镜头上，径向畸变特别明显。镜头所带来的畸变对检测和测量产生影响并带来测量误差。目前通用的纠正算法为通过标准黑白棋盘格图像对镜头进行标定，传感器采集并计算各个角点的图像位置，得出镜头的畸变参数，根据畸变参数对图像进行畸变校正。在生产中，需要操作者观察测量图像，并手持标定板进行操作，获取畸变校正的图像。
这种方法的缺点主要包括：在大批量生产中，该方法采用人工摆放标定板位置，获取畸变矫正图形效率低；对于图像边缘位置，人工难以准确放置，导致标定效果一致性差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种镜头畸变校正图像的自动化采集装置,解决采用人工摆放标定板位置，获取畸变矫正图形效率低的问题。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种镜头畸变校正图像的自动化采集装置，包括：
十字位移台，连接电机；
棋盘格，设置于十字位移台上，跟随十字位移台移动；
电机驱动器，连接电机，发送驱动信号给电机，驱动电机控制十字位移台移动；
IO运动控制器，连接电机驱动器，发送运动控制指令给电机驱动器；
视觉传感器，其视场范围包含所述棋盘格的移动范围，连接总线信号转换装置，采集棋盘格图像，并获取棋盘格角点信息，计算畸变参数，发送给总线信号转换装置；
总线信号转换装置，连接IO运动控制器，发送电机控制指令给IO运动控制器，并接收十字位移台的位置状态信息；总线信号转换装置发送图像采集的触发信号给视觉传感器，对视觉传感器进行触发控制；
工控机，连接总线信号转换装置，发送图像采集的触发信号和十字位移台的位置控制信号给总线信号转换装置。
所述十字位移台产生水平、垂直、旋转和倾角方向位移。
在所述十字位移台的每个位移方向的端点处设置触碰开关，并且设置位移编码器，用于实时监测位移量。
IO运动控制器采集触碰开关的IO信号和位移编码器的码值，实时监测十字位移台的位置状态。
所述总线信号转换装置，连接工控机一端采用USB接口进行通讯，另一端采用CAN总线进行通讯。
所述视觉传感器包括：
外壳；
红外发射单元，设置在外壳内部，连接控制及处理单元，接收控制及处理单元的控制信号，向移动棋盘格发射红外光；
图像采集单元，设置在外壳内部，连接控制及处理单元，接收控制及处理单元的控制信号，采集移动棋盘格图像；
控制及处理单元，设置在外壳内部，对接收的移动棋盘格图像进行处理获取移动棋盘格的位置；
电源，用于为上述各单元供电。
所述红外发射单元包括：
红外LED灯，发射850nm波长红外线，经外壳表面孔洞照射在移动棋盘格上，所述红外线发射角度与光路光轴成30°；
红外发射电路，连接红外LED灯，通过内部电路通断控制红外LED灯的开关。
所示图像采集单元包括：
全局快门CMOS感光元件，通过设置在外壳上的UV镜窗口采集移动棋盘格图像输出给控制及处理单元；
滤波片，为850nm波长的窄带滤波片，设置在全局快门CMOS感光元件与UV镜之间的光路上，用于获取850nm波长的移动棋盘格图像。
所述控制及处理单元采用视频图像处理器DM6437。
还包括CAN通信及模拟量输出单元，用于将控制及处理单元获取的移动棋盘格的位置发送给总线信号转换装置。
本发明具有以下有益效果及优点：
在大批量生产视觉传感器过程中，提高镜头畸变校正时图像的采集速度及准确性，减少此过程中人为干扰因素，实现畸变校正过程的全自动化处理。
附图说明
图1是本发明的装置结构图；
图2是本发明的视觉传感器结构图；
其中1.图像采集单元，2.红外发射电路，3.带有滤光片的镜头，4.UV镜，5.防护罩，6.850nm红外LED灯，7.视觉处理器，8.外壳，9.十字位移台，10.棋盘格，11.视觉传感器，12.电机驱动器，13.IO运动控制器，14.总线信号转换装置，15.工控机。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可能直接在另一个元件上，或也可以存在居中的元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
如图1所示为本发明的装置结构图。
本装置采用铝型材架设结构，将被测量传感器安装在可移动的十字位移台中间，通过多组调整标定板位置及角度，获取采集图像。
机器视觉传感器用于采集图像，采集图像的触发受到PC指令控制。
电气采用配套步进电机伺服驱动器驱动十字位移台及角位台运动，采用同步带直线滑台模组，模组运动采用步进电机驱动，采用步进电机驱动器控制步进电机转速与运行方向。上位机通过CAN总线发送运动指令，通过IO检测及输出模块接收指令并控制步进电机驱动器，同时用于检测位置信息。同步带直线滑台模组安装6组金属感应开关用于位置测量。通信部分采用CAN总线进行各设备间通信。
测试界面由四部分组成。软件设置界面主要用于选取被测量器件型号；数字信号显示界面用于显示CAN通信输出结果，并通过指示图展示测量结果的位置信息；驱动及结果显示当前驱动位置并比较位置与测量结果是否一致。
如图2所示为本发明的视觉传感器结构图。
视觉传感器由红外发射单元、图像采集单元、控制及处理单元组成。红外发射单元包括红外发射电路2、850nm红外LED灯6。图像采集单元包括带有滤光片的镜头3。控制及处理单元为视觉处理器7，采用视频图像处理器DM6437。电源用于为上述各电源提供电能。
首先由红外发射单元的红外发射电路2控制红外LED灯6的开关，在靠近带有滤光片的镜头3处发射850nm波长的红外线，红外线发射角度为30°。此光透过防护罩5照射到棋盘格10上。发射出的红外线照射在80mm*80mm正方形棋盘格10上进行折射，折射后的光线通过防护作用的UV镜4，以及设置在镜头内部的850nm窄带滤波片返回照射到装置的图像采集单元1的全局快门感光元件中进行成像，通过视觉处理器7处理成像，检测棋盘格相对于此装置的相对位置。控制及处理单元基于机器视觉原理，将探测到的图像进行图像处理，提取出目标棋盘格10的位置。
红外发射单元在设计时必须靠近带有滤光片的镜头3，保证棋盘格10能全面进入装置内。CMOS感光器件采用全局快门，卷帘式快门在检测高速运动物体时会产生拖尾现象。控制及处理单元采用DSP视觉处理器7。装置采用CAN通信及模拟量输出。调试阶段提供模拟视频信号输出。
Claims (10)
1.一种镜头畸变校正图像的自动化采集装置，其特征在于，包括：
十字位移台，连接电机；
棋盘格，设置于十字位移台上，跟随十字位移台移动；
电机驱动器，连接电机，发送驱动信号给电机，驱动电机控制十字位移台移动；
IO运动控制器，连接电机驱动器，发送运动控制指令给电机驱动器；
视觉传感器，其视场范围包含所述棋盘格的移动范围，连接总线信号转换装置，采集棋盘格图像，并获取棋盘格角点信息，计算畸变参数，发送给总线信号转换装置；
总线信号转换装置，连接IO运动控制器，发送电机控制指令给IO运动控制器，并接收十字位移台的位置状态信息；总线信号转换装置发送图像采集的触发信号给视觉传感器，对视觉传感器进行触发控制；
工控机，连接总线信号转换装置，发送图像采集的触发信号和十字位移台的位置控制信号给总线信号转换装置。
2.根据权利要求1所述的镜头畸变校正图像的自动化采集装置，其特征在于：所述十字位移台产生水平、垂直、旋转和倾角方向位移。
3.根据权利要求1或2所述的镜头畸变校正图像的自动化采集装置，其特征在于：在所述十字位移台的每个位移方向的端点处设置触碰开关，并且设置位移编码器，用于实时监测位移量。
4.根据权利要求3所述的镜头畸变校正图像的自动化采集装置，其特征在于：IO运动控制器采集触碰开关的IO信号和位移编码器的码值，实时监测十字位移台的位置状态。
5.根据权利要求1所述的镜头畸变校正图像的自动化采集装置，其特征在于：所述总线信号转换装置，连接工控机一端采用USB接口进行通讯，另一端采用CAN总线进行通讯。
6.根据权利要求1所述的镜头畸变校正图像的自动化采集装置，其特征在于：所述视觉传感器包括：
外壳；
红外发射单元，设置在外壳内部，连接控制及处理单元，接收控制及处理单元的控制信号，向移动棋盘格发射红外光；
图像采集单元，设置在外壳内部，连接控制及处理单元，接收控制及处理单元的控制信号，采集移动棋盘格图像；
控制及处理单元，设置在外壳内部，对接收的移动棋盘格图像进行处理获取移动棋盘格的位置；
电源，用于为上述各单元供电。
7.根据权利要求6所述的镜头畸变校正图像的自动化采集装置，其特征在于：所述红外发射单元包括：
红外LED灯，发射850nm波长红外线，经外壳表面孔洞照射在移动棋盘格上，所述红外线发射角度与光路光轴成30°；
红外发射电路，连接红外LED灯，通过内部电路通断控制红外LED灯的开关。
8.根据权利要求6所述的镜头畸变校正图像的自动化采集装置，其特征在于：所示图像采集单元包括：
全局快门CMOS感光元件，通过设置在外壳上的UV镜窗口采集移动棋盘格图像输出给控制及处理单元；
滤波片，为850nm波长的窄带滤波片，设置在全局快门CMOS感光元件与UV镜之间的光路上，用于获取850nm波长的移动棋盘格图像。
9.根据权利要求6所述的镜头畸变校正图像的自动化采集装置，其特征在于：所述控制及处理单元采用视频图像处理器DM6437。
10.根据权利要求6所述的镜头畸变校正图像的自动化采集装置，其特征在于：还包括CAN通信及模拟量输出单元，用于将控制及处理单元获取的移动棋盘格的位置发送给总线信号转换装置。
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