CN111638215A - 一种基于远心镜头的图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于远心镜头的图像采集装置，属于机器视觉技术领域，该装置包括相机、与相机配套使用的远心镜头，以及带动远心镜头进行旋转的远心镜头旋转装置，远心镜头旋转装置包括电机、谐波减速器和远心镜头夹持治具，相机和电机分别与PC机连接，远心镜头夹持治具包括旋转轴和夹持部，在PC机的控制作用下，电机可驱动远心镜头绕旋转轴进行旋转，从而可对远心镜头下方大于远心镜头视野近4倍的待测工件表面进行图像采集，然后在PC机中通过算法对图片进行拼接处理。该图像采集装置扩大了远心镜头的图像采集范围，节省了生产空间，降低了生产成本。

Description

一种基于远心镜头的图像采集装置

技术领域

本发明属于机器视觉技术领域，具体涉及一种基于远心镜头的图像采集装置。

背景技术

远心镜头拍摄物体在一定的物距范围内，得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化，这对被测物不在同一物面上的情况是非常重要的应用，纠正传统工业镜头视差。根据远心镜头原理特征及独特优势，当检查物体遇到以下6种情况时，最好选用远心镜头：1)当需要检测有厚度的物体时(厚度>1/10FOV直径)；2)需要检测不在同一平面的物体时；3)当不清楚物体到镜头的距离究竟是多少时；4)当需要检测带孔径、三维的物体时；5)当需要低畸变、图像效果亮度几乎完全一致时；6)当缺陷只在同一方向平行照明下才能检测到时。

在实际工业生产中，还往往需要采用远心镜头对大尺寸的待测工件拍照然后进行工业测量，为了使待测工件全部位于远心镜头的视野范围内，就需要使用大视野的远心镜头，但是远心镜头比普通镜头造价昂贵许多，而且大视野的远心镜头体积也格外庞大，实际生产也空间局限可能无法满足。因此为了解决这样的技术问题，当在实际生产中需要用到远心镜头进行拍摄时，可以用小视野的远心镜头对待测工件的不同部位进行拍摄后，将拍摄得到的多张图片进行拼接后得到完整的待测工件表面图片，然后进行工业测量。因此如何利用小视野的远心镜头拍摄到多张待测工件表面的照片，然后进行图片的拼接是需要解决的技术问题。现有技术也有相应的技术改进，比如可以移动待测工件以实现远心镜头对其表面的不同部位进行拍摄。

例如中国实用新型专利CN208383082U(一种手机玻璃轮廓拼接测量机构)中，包括测量台和相机安装座，相机安装座上固定有远心镜头，测量台位于相机下方，在测量台上安装有能沿测量台长度方向做直线往复运动的透明安装板，透明安装板上固定有透明钢化玻璃，透明钢化玻璃上表面的中部设有用于固定手机玻璃的安装工位。通过调整测量台的位置，可以通过相片拼接的形式获取手机玻璃整个轮廓的测量，测量简单且成本低。中国发明专利申请CN108789155A(一种摆线齿轮磨床在机非接触式工件轮廓检测系统与方法)中，工件安装在机床转台上，CCD相机和投影仪固定在机床床身上，机床控制系统与机床转台电路连接，可控制转台的转动，利用转台的转动带动工件的转动，可用相机拍摄出工件上不同位置的图片信息，并将拍摄到的图像传输到上位机进行处理。但是上述两件专利中均是通过移动待测物位置的方法来拍摄完整的照片，更适于待测工件尺寸和重量较小的情形，当待测工件特别大时较难实现且拍摄时的误差也较大，图片拼接难度也较大。

相应地，可以固定待测工件而移动远心镜头，在其他相机及镜头领域中，也有相关的技术记载。例如中国实用新型专利CN206975379U(镜头旋转装置)中，在旋转装置的主体部上安装有驱动部，镜头安装架可旋转地安装在主体部上，镜头安装在镜头安装架上，镜头安装架具有传动机构，驱动部与传动结构驱动连接，驱动部通过传动结构驱动镜头安装架旋转，镜头随镜头安装架一同旋转。驱动部驱动镜头安装架旋转即可实现镜头的旋转，从而避免了摄像头整体旋转造成的空间浪费。然而该专利中的镜头旋转装置是利用驱动轮与镜头安装架之间的摩擦结构实现了镜头的旋转，即使将这种镜头旋转技术应用于远心镜头的工业测量中，也难以保证旋转的精度，进而会增大拼接远心镜头拍摄到的图片的难度。

发明内容

本发明欲解决的技术问题是现有技术中在利用远心镜头进行拍摄时，大视野远心镜头体积庞大且造价昂贵，而通过现有的转动镜头的方式对待测工件不同部位进行拍摄时存在旋转精度低，图片拼接难度大等技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于远心镜头的图像采集装置，所述远心镜头上连接有相机，位于图像采集装置的一端；所述远心镜头的镜筒上连接有远心镜头旋转装置；所述远心镜头旋转装置包括电机、谐波减速器、远心镜头夹持治具；所述谐波减速器的一端与电机相连，另一端与远心镜头夹持治具连接；所述远心镜头固定夹持在远心镜头夹持治具上；所述图像采集装置的另一端设有光源。

进一步地，所述相机和电机上分别通信连接有PC机。其中电机为伺服电机。

进一步地，在所述远心镜头下方设有载物台；更进一步地，在所述载物台上设有待测工件夹持治具。

进一步地，所述光源位于载物台上方。此时，光源可以是条形光源或环形光源。

进一步地，所述载物台为透明材质，具体地可以是透明玻璃材质。更进一步地，所述光源位于载物台下方。此时，光源为背光源。为了使位于载物台下方的光源能透过载物台照射到待测工件上，载物台也可以为非透明材质，而根据待测工件的结构或待测工件上待采集图像区域情况将载物台设置为镂空结构。

当光源位于载物台上方时，即光源与远心镜头在待测工件的同向安装，载物台可以是非透明材质。

进一步地，所述远心镜头夹持治具包括旋转轴、夹持部，所述旋转轴与谐波减速器的的输出轴相连，所述夹持部固定夹持远心镜头。

进一步地，所述相机、远心镜头和远心镜头旋转装置的数量相等。在一个特定的应用场景下，相机、远心镜头和远心镜头旋转装置的数量均为1，适用于待测工件尺寸较小的情形。

当待测工件尺寸较大时，可设置相机、远心镜头和远心镜头旋转装置的数量均≧2。在所述图像采集装置中，不同的远心镜头旋转装置呈阵列或环形分布，也可根据待测工件的结构及尺寸自行调整相机、远心镜头和远心镜头旋转装置的数量及结构布置方式。

本发明中，将远心镜头及其配套的相机固定在远心镜头旋转装置中远心镜头夹持治具中，在电机的旋转作用下，带动谐波减速器和远心镜头夹持治具进行旋转，进而驱动远心镜头的旋转，电机的旋转由PC机控制，因此可以精确控制远心镜头的旋转角度，为了便于操作，每次旋转均使远心镜头朝相同的方向进行旋转，且每次旋转的角度为90°，这样旋转4次后即可采集到远心镜头视野下方旋转中心外围将近4倍范围内的工件图片4张，这4张图片信息通过相机传输到PC机中，对相机采集到的这4张图片进行算法处理，除去相邻图片间边缘处的少量重合，即可实现图片的拼接。可利用小视野的远心镜头采集得到更多工件表面图片信息，实现与大视野远心镜头相同图像采集区域的效果，解决了利用大视野远心镜头时体积庞大和价格昂贵的问题。

相邻图片间边缘处的重合主要由远心镜头与旋转轴之间的距离决定，远心镜头与旋转轴之间的距离越大，重合区域越小，应用中根据实际需要调整远心镜头与旋转轴之间的距离，以得到更完整、更准确的工件表面图片信息。

具体地，在用PC机控制远心镜头进行旋转时，也可根据实际需要控制任意的旋转角度，得到任意张数的工件表面图片，然后通过算法对图片进行处理后拼接。例如，可使远心镜头旋转180°，得到远心镜头初始位置时及旋转180°后的工件表面图片2张，对图片进行算法处理后，对图片信息进行检测，从而得到工件表面的信息。

此外，在整个图像采集装置中，也可根据待测工件的尺寸大小设置不同数量的相机、远心镜头及远心镜头旋转装置，并根据待测工件的形状布置相机、远心镜头及远心镜头旋转装置的位置，例如可以是阵列形分布、放射形分布、圆形分布，等等。

由于上述技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明的图像采集装置可以使用小视野的远心镜头即可拍摄出体积更庞大的大视野的远心镜头的成像效果，视野扩大了将近4倍。

2、本发明的图像采集装置采用小视野的远心镜头代替大视野远心镜头，不仅大大节约了空间，而且降低了生产成本。

3、本发明的图像采集装置对远心镜头采集到的图像信息进行算法处理，实现图片的拼合，最大程度地节约了生产成本和生产空间。

4、采用本发明的图像采集装置进行待测工件表面图像采集时，不需要移动待测工件，因此克服了大件待测工件难以移动的问题，又避免了可能对待测工件造成的损坏。

5、采用本发明的图像采集装置进行待测工件表面图像采集时，可根据待测工件的尺寸大小及尺寸结构设计相机、远心镜头及远心镜头旋转装置的数量及位置，因此灵活性更好。

附图说明

图1：基于远心镜头的图像采集装置的结构示意图。

图2：图片拼接过程示意图。

附图标记说明：1-PC机；2-相机；3-远心镜头；4-支架；5-线路导引架；6-远心镜头旋转装置；7-底座；61-伺服电机；62-谐波减速器；621-谐波减速器输出轴；63-远心镜头夹持治具；631-旋转轴；632-夹持部。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。

本部分提及的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等方位用语，仅用于描述该具体实施方式中产品各零部件的相对位置关系，并不能理解为用于限制本发明的用语。

如图1所示，一种基于远心镜头的图像采集装置，包括PC机1、相机2、远心镜头3、支架4、线路导引架5、远心镜头旋转装置6、底座7，远心镜头3与相机2配套相连，位于图像采集装置的一端；在远心镜头3下方的底座7上，放置有载物台，载物台位于图像采集装置的另一端，载物台上设有待测工件夹持治具，用于夹持并固定待测工件，在图像采集过程中固定待测工件的位置不动。

远心镜头3上连接有远心镜头旋转装置6；远心镜头旋转装置6包括伺服电机61、谐波减速器62、远心镜头夹持治具63；谐波减速器62的一端与伺服电机61相连，另一端与远心镜头夹持治具63连接；远心镜头3固定夹持在远心镜头夹持治具63上；具体为：远心镜头夹持装置63包括旋转轴631和夹持部632，旋转轴631与谐波减速器的输出轴621相连，远心镜头3夹持在夹持部632上。相机2和伺服电机61分别与PC机1通信连接；在伺服电机61的旋转作用下，带动谐波减速器62和远心镜头夹持治具63进行旋转，进而驱动远心镜头3的旋转，伺服电机61的旋转由PC机1控制，进而可以精确控制远心镜头3的旋转角度。

线路导引架5用于将相机2、伺服电机61上引出的与PC机1相连通的线路固定起来，使该图像采集装置的线路更加整洁。

背光源位于载物台的下方，底座7的上方，从载物台的下方进行打光；在其他具体实施方式中，也可以选择条形光源或环形光源，此时，条形光源或环形光源应设于载物台的上方，从载物台的上方进行打光。光源的选择标准具体为：对于薄型有开孔的待测工件，可以选择背光源；对大尺寸的待测工件，可以选择条形光源；对于小尺寸的待测工件，可以选择环形光源。

载物台的台面为透明材质，具体为透明玻璃材质，在其他具体实施方式中，载物台也可以是透明有机玻璃板、或其他透明塑料板。

在其他具体实施方式中，光源位于载物台上方，即光源与远心镜头在待测工件的同向安装，此时载物台可以是非透明材质。

相机2、远心镜头3和远心镜头旋转装置6的数量相等，具体为≧1。在该具体实施方式中，该数量为1，即在一个基于远心镜头的图像采集装置中，仅有一套相机2、远心镜头3和远心镜头旋转装置6，这样采集到的图像最大范围仅为远心镜头3视野下方以旋转轴631为旋转中心周围的大约4倍于远心镜头3的视野范围，适于待测工件的结构为圆形或方形，以及尺寸不是太大时的图像采集。在其他具体实施方式中，当待测工件的结构为异型，或者待测工件的尺寸较大时，在该图像采集装置中设计多套相机2、远心镜头和3远心镜头旋转装置6，并根据待测工件的实际形状布置相机2、远心镜头和3远心镜头旋转装置6的位置，例如可以是阵列形分布、放射形分布、圆形分布，等等。

在该具体实施方式中，为了便于操作，每次旋转均使远心镜头3朝相同的方向进行旋转，具体为顺时针旋转，且每次旋转的角度为90°，这样旋转4次后即可采集到远心镜头视野下方旋转中心外围将近4倍范围内的工件图片4张，这4张图片信息通过相机传输到PC机中，如图2所示，对相机2采集到的这4张图片进行算法处理，除去相邻图片间边缘处的少量重合，即可实现图片的拼接，从拼接后的图片中可反映出待测工件的表面信息，进而进行下一步的工业测量。

该具体实施方式中基于远心镜头的图像采集装置的使用方法为：首先打开PC机1、伺服电机61、背光源，并在载物台上放置待测工件；然后由PC机1发出信号控制伺服电机61的运转，进而带动远心镜头3分别在旋转角度为0°、90°、180°和270°时采集4张图片；最后由相机2将采集到的4张图片信息输入PC机1中，进行算法处理，除去相邻图片间边缘处的少量重合，即可实现图片的拼接。下一步工序中，即可对拼接完成后的图片进行实际的工业测量。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于远心镜头的图像采集装置，其特征在于：所述远心镜头上连接有相机，位于图像采集装置的一端；所述远心镜头的镜筒上连接有远心镜头旋转装置；所述远心镜头旋转装置包括电机、谐波减速器、远心镜头夹持治具；所述谐波减速器的一端与电机相连，另一端与远心镜头夹持治具连接；所述远心镜头固定夹持在远心镜头夹持治具上；所述图像采集装置的另一端设有光源。

2.如权利要求1所述的基于远心镜头的图像采集装置，其特征在于：所述相机和电机上分别通信连接有PC机。

3.如权利要求1所述的基于远心镜头的图像采集装置，其特征在于：所述远心镜头下方设有载物台。

4.如权利要求3所述的基于远心镜头的图像采集装置，其特征在于：所述载物台上设有待测工件夹持治具。

5.如权利要求3或4所述的基于远心镜头的图像采集装置，其特征在于：所述光源位于载物台上方。

6.如权利要求3或4所述的基于远心镜头的图像采集装置，其特征在于：所述载物台为透明材质。

7.如权利要求6所述的基于远心镜头的图像采集装置，其特征在于：所述光源位于载物台下方。

8.如权利要求1所述的基于远心镜头的图像采集装置，其特征在于：所述远心镜头夹持治具包括旋转轴、夹持部，所述旋转轴与谐波减速器的的输出轴相连，所述夹持部固定夹持远心镜头。

9.如权利要求1所述的基于远心镜头的图像采集装置，其特征在于：所述相机、远心镜头和远心镜头旋转装置的数量相等。

10.如权利要求9所述的基于远心镜头的图像采集装置，其特征在于：所述相机、远心镜头和远心镜头旋转装置的数量均≧1。

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