CN111953880A - 智能图像采集装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及图像采集技术领域，且公开了智能图像采集装置及方法，包括装置框架、相机支架、工业相机、相机升降板、载物底板、同步传动丝杆机构、灯光调节机构、相机升降滑台机构、灯带电源开关和工控机，所述同步传动丝杆机构为四组，且所述同步传动丝杆机构位于装置框架的两侧，所述装置框架上安装有相机升降限位光电开关遮光板、光源控制器、滑台三角支架板小号、滑台三角支架板大号、装置遮光板、载物小面板和光源框架，所述光源框架包括型材支撑盒和光电传感器遮光板。该智能图像采集装置及方法具备操作简单，适应范围大，单一参数可实现自动调节并能够实现自动化采集图像数据。

Description

智能图像采集装置及方法
技术领域
本发明涉及图像采集技术领域，具体为智能图像采集装置及方法。
背景技术
随着人工智能的发展，人工智能有着多种多样的深度学习神经网络，能够代替人工完成一些人力所不能够完成任务。正是由于该项技术的具有着其他优化算法所不能代替的优势，所以该项技术越来越多的应用到了图像处理和语义分析上来。但是，训练神经网络需要大量的图像数据，单靠人工一张一张的采集将会耗费大量的时间和精力，而且所调节的图像状态参数有如下六种：光源高度、光照强度、光源机械角度、物件角度以及镜头光圈和焦距等。很容易造成参数上的混淆和遗忘，造成图像没有变化的机械重复。
鉴于上述问题的发现和自动化设计的启发，具有针对性的设计了一套可以实现自动更新采集参数(镜头是机械结构是手动调节)的智能图像采集装置，减少人工采集的工作任务量以及节约采集时间。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了智能图像采集装置及方法，具备操作简单，适应范围大，单一参数可实现自动调节并能够实现自动化采集图像数据等优点，解决了不能够实现自动调节并能够实现自动化采集图像数据的问题。
(二)技术方案
为实现上述操作简单，适应范围大，单一参数可实现自动调节并能够实现自动化采集图像数据的目的，本发明提供如下技术方案：智能图像采集装置，包括装置框架、相机支架、工业相机、相机升降板、载物底板、同步传动丝杆机构、灯光调节机构、相机升降滑台机构、灯带电源开关和工控机，所述同步传动丝杆机构为四组，且所述同步传动丝杆机构位于装置框架的两侧，所述装置框架上安装有相机升降限位光电开关遮光板、光源控制器、滑台三角支架板小号、滑台三角支架板大号、装置遮光板、载物小面板和光源框架，所述光源框架包括型材支撑盒和光电传感器遮光板；
所述同步传动丝杆机构包括光源升降下限位光电传感器支架、电机固定架、4导程丝杆、丝杆螺母和卧式轴承，所述卧式轴承安装于装置框架上层的铝型材下方位置，所述丝杆螺母的第一初装位置在4导程丝杆上，所述丝杆螺母的第二安装位置位于灯光调节机构两端的型材支撑盒处；
所述灯光调节机构包括四组灯带、42步进电机、42步进电机支架、小型联轴器、立式轴承、立式轴承支座、轴承座连接架、灯带左连接架和灯带右连接架，四组所述灯带呈现口字形分布且位于铝型材框架的下部，所述联轴器的左侧与42步进电机连接，所述联轴器的右侧与灯带左连接架连接，所述灯带均与灯带左连接架和灯带右连接架连接，所述灯带右连接架与立式轴承连接，所述立式轴承的底部与立式轴承支座连接，所述立式轴承支座连接到铝型材上；
所述相机升降滑台机构主要包括57步进电机、联轴器、滚珠丝杠、57步进电机平面支架、滚珠丝杠螺母、燕尾滑轨、滚珠丝杠轴承支座和2040铝型材，所述57步进电机固定连接在57步进电机平面支架上，所述57步进电机与联轴器的左端相连，所述联轴器的右端与滚珠丝杠相连，所述滚珠丝杠左端与滚珠丝杠轴承支座形成基孔制配合安装，其右端与滚珠丝杠轴承支座配合，所述滚珠丝杠螺母安装在滚珠丝杠上，所述滚珠丝杠螺母包括螺母本身以及滑块，且所述滑块安装在燕尾滑轨上形成直线滑动，所述57步进电机平面支架、滚珠丝杠轴承支座与滚珠丝杠轴承支座和燕尾滑轨均安装在2040铝型材上，所述57步进电机位于装置框架的低层铝型材上部位置，所述工业相机安装在相机支架上，所述相机支架与相机升降板固定连接，所述相机升降板安装在滚珠丝杠螺母上；
所述相机升降板包括相机上限位传感器支架、光电传感器、光源上限位传感器支架、相机下限位传感器支架和光照传感器，所述相机上限位传感器支架的第一安装位置是2024铝型材，所述相机上限位传感器支架的第二安装位置是光电传感器，所述相机下限位传感器支架的第一安装位置是装置框架，所述相机下限位传感器支架的第二安装位置是光电传感器，所述相机升降限位光电开关遮光板安装在滚珠丝杠螺母上。
优选的，所述同步传动丝杆机构由57步进电机与电机连接架形成上下形式的固定结构，且所述电机连接架通过两组螺栓螺母固定在外框架上。
优选的，所述载物底板通过四角的四个孔位固定在装置框架的底部，所述载物底板的中间位置加装了一根铝型材做支撑。
优选的，所述装置框架都使用褐黑色磨砂材料进行遮光处理。
优选的，所述光电传感器共设置为10个，全部所述光电传感器分别在于4导程丝杆的上下限位和相机升降滑台的升降限位。
优选的，所述光照传感器设置为4个，四个所述光照传感器位于载物底板的四个角位置处。
优选的，智能图像采集装置的采集方法，该方法包括以下步骤：
S101、启动PC端的控制软件，并打开装置的总电源控制开关，将工业相机的数据线以及光源控制器的控制线接入PC端口，打开光源总开关；
S102、初始化装置，使灯带的初始照度使其一致，并改变其中所需调节的灯带的机械角度，使其满足图像采集的需求；
S103、利用PC端串行口发送光源框架的调节指令，驱动光源框架的步进电机执行动作，调节其高度到指定值；
S104、根据PC端相机传回的实时图像，调节工业相机的高度，使其满足计算视野的要求，与此同时调节相机的镜头参数，使其传回的图像清晰稳定；
S105、图像满足采集要求时，在PC软件端按下保存按钮，即时图像将会以指定的格式保存到指定的工作目录下；
S106、一张图像采集完毕之后，通过改变灯带的机械角度、灯带照度、相机高度、光源框架高度等需调节的参数，再次进行图像的采集和保存，直至采集完毕所有需要的图像；
S107、图像采集工作完成后，关闭PC端软件以及断开装置的电源等相关操作，保证装置的合理放置。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了智能图像采集装置及方法，具备以下有益效果：
1、该智能图像采集装置，通过四组丝杆的传动，在步进电机的驱动下，实现光源的升降。灯带在步进电机的驱动作用下，实现角度的准确改变。整个装置的高度与角度调节皆是由外部软件控制。为图像采集实现了良好的基础装置。
2、该智能图像采集装置，通过设计光源的自动升降机构，光源机械角度调节机构，实现了光源的精准可控的升降以及光源角度的精确调节。整个装置在结构上设计合理，高度和角度调节准确。对图像的采集带来很多的便捷性。
3、该智能图像采集装置，具有操作简便、适应性广、可容纳多种焦距镜头、定位调节精度高、反馈响应灵敏等特点。整个装置设计合理、用途广泛、能够为初期图像采集提供更多的适配方案。
附图说明
图1是本发明智能图像采集装置的结构示意图一；
图2是本发明智能图像采集装置的结构示意图二；
图3是本发明智能图像采集装置的灯光装置；
图4是本发明智能图像采集装置的滑台结构；
图5是本发明智能图像采集装置的电机装配结构；
图6是本发明智能图像采集装置及方法的操作方法流程。
图中：装置框架1、相机支架2、工业相机3、相机升降板4、相机上限位传感器支架41、光电传感器42、光源上限位传感器支架43、相机下限位传感器支架44、光照传感器45、57步进电机5、57步进电机平面支架51、联轴器52、滚珠丝杆轴承支座53、滚珠丝杆螺母54、2040铝型材55、燕尾滑轨56、滚珠丝杆57、滚珠丝杠轴承支座58、相机升降限位光电开关遮光板6、光源控制器7、滑台三角支架板小号8、滑台三角支架板大号81、工控机9、光源升降下限位光电传感器支架101、57电机固定架102、4导程丝杆103、丝杆螺母104、卧式轴承座105、42步进电机110、42步进电机支架111、小型联轴器112、灯带左连接架113、灯带114、灯带右连接架115、立式轴承支座116、轴承座连接架117、装置遮光板12、载物小面板13、光源框架14、型材支撑盒1401、光电传感器遮光板1402、载物底板15。
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。
请参阅图1-6，智能图像采集装置及方法，包括装置框架1、相机支架2、工业相机3、相机升降板4、载物底板15、同步传动丝杆机构、灯光调节机构、相机升降滑台机构、灯带电源开关和工控机9，同步传动丝杆机构为四组，且同步传动丝杆机构位于装置框架1的两侧，装置框架1上安装有相机升降限位光电开关遮光板6、光源控制器7、滑台三角支架板小号8、滑台三角支架板大号81、装置遮光板12、载物小面板13和光源框架14，光源框架14包括型材支撑盒1401和光电传感器遮光板1402；
同步传动丝杆机构包括光源升降下限位光电传感器支架101、57电机固定架102、4导程丝杆103、丝杆螺母104和卧式轴承105，卧式轴承105安装于装置框架1上层的铝型材下方位置，丝杆螺母104的第一初装位置在4导程丝杆103上，丝杆螺母104的第二安装位置位于灯光调节机构两端的型材支撑盒处；
灯光调节机构包括四组灯带114、42步进电机110、42步进电机支架111、小型联轴器112、立式轴承、立式轴承支座116、轴承座连接架117、灯带左连接架113和灯带右连接架115，四组灯带114呈现口字形分布且位于铝型材框架的下部，联轴器52的左侧与42步进电机110连接，联轴器52的右侧与灯带左连接架113连接，灯带114均与灯带左连接架113和灯带右连接架115连接，灯带右连接架115与立式轴承连接，立式轴承的底部与立式轴承支座116连接，立式轴承支座116连接到铝型材上；
相机升降滑台机构主要包括57步进电机5、联轴器52、滚珠丝杠57、57步进电机平面支架51、滚珠丝杠螺母54、燕尾滑轨56、滚珠丝杠轴承支座58和2040铝型材55，57步进电机5固定连接在57步进电机平面支架51上，57步进电机5与联轴器52的左端相连，联轴器52的右端与滚珠丝杠57相连，滚珠丝杠57左端与滚珠丝杠轴承支座58形成基孔制配合安装，其右端与滚珠丝杠轴承支座58配合，滚珠丝杠螺母54安装在滚珠丝杠57上，滚珠丝杠螺母54包括螺母本身以及滑块，且滑块安装在燕尾滑轨56上形成直线滑动，57步进电机平面支架51、滚珠丝杠轴承支座58与滚珠丝杠轴承支座58和燕尾滑轨56均安装在2040铝型材55上，57步进电机5位于装置框架1的低层铝型材上部位置，工业相机3安装在相机支架2上，相机支架2与相机升降板4固定连接，相机升降板4安装在滚珠丝杠螺母54上；
相机升降板4包括相机上限位传感器支架41、光电传感器42、光源上限位传感器支架43、相机下限位传感器支架44和光照传感器45，相机上限位传感器支架41的第一安装位置是2040铝型材55，相机上限位传感器支架41的第二安装位置是光电传感器42，相机下限位传感器支架44的第一安装位置是装置框架1，相机下限位传感器支架44的第二安装位置是光电传感器42，相机升降限位光电开关遮光板6安装在滚珠丝杠螺母54上。
相机升降机构与两个滑台三角支架板小号8和滑台三角支架板大号81形成三组三角形结构，四者共同安装在装置框架1的顶端面上。
在装置滑台两侧有载物小面板13，其安装于装置框架1上，承载一些配件，其中光源控制器7放置在载物小面板13上。
同步传动丝杆组件包括57步进电机5与57电机固定架102相连，57电机固定架第一安装位置在57步进电机5上，第二安装位置在装置框架1的下端型材架上。光源升降下限位光电传感器支架101第一安装位在电机端面，第二安装位在光电传感器42上。联轴器52第一安装位在57步进电机5的主轴上，第二安装位与T4丝杠103相连接，丝杆螺母104旋套在丝杆103上，并与型材支撑盒1401通过螺钉连接，使灯光结构14能够在丝杆螺母104的转动下上升或下降，T4丝杆103的另外一端和卧式轴承座105配合，卧式轴承座105安装在上端框架的下方。另有光电传感器42安装位于框架上端的下方，分别位于四组同步传动丝杆的一侧，光源上限位传感器支架43第一安装位置与框架铝型材相连接，第二安装位置与光电传感器42相连接，该传感器限制了灯光装置的上极限位置。
灯光结构组件，42步进电机110安装在42步进电机支架111的端面上，42步进电机支架111安装在光源框架14上，小型联轴器112左侧安装在42步进电机110的伸出轴上，右侧连接在灯带左连接架113的伸出轴上，灯带左连接架113与灯带114连接，灯带114右侧与灯带右连接架115连接，灯带右连接架115的伸出轴安装在立式轴承支座116的轴孔中，立式轴承支座116安装在轴承座连接架117上，轴承座连接架117安装在光源框架14上，四组灯带分别由此安装连接，光源框架均有3060铝型材切割安装而成。
光照传感器45安装于载物底板15上，四个传感器分别位于灯光装置的四个角位，能够采集四个位置的光照数据。
工控机9安装在装置框架1的一侧面，其操作和显示与PC端一致，便于在无PC时实现工作。
载物底板15上为57步进电机5的安装分别预留了矩形槽位，为光照传感器45的安装预留了孔位，载物底板15安装在装置框架1的底端面上。
装置框架1的三面也根据需要安装了装置遮光板12，尽可能保证内部光照的稳定，减少外部光照的影响。
本发明提供智能图像采集装置的采集方法，该方法包括以下步骤：
S101、启动PC端的控制软件，并打开装置的总电源控制开关，将工业相机3的数据线以及光源控制器7的控制线接入PC端口，打开光源总开关；
S102、初始化装置，使灯带114的初始照度使其一致，并改变其中所需调节的灯带114的机械角度，使其满足图像采集的需求；
S103、利用PC端串行口发送光源框架14的调节指令，驱动光源框架14的步进电机执行动作，调节其高度到指定值；
S104、根据PC端相机传回的实时图像，调节工业相机3的高度，使其满足计算视野的要求，与此同时调节相机的镜头参数，使其传回的图像清晰稳定；
S105、图像满足采集要求时，在PC软件端按下保存按钮，即时图像将会以指定的格式保存到指定的工作目录下；
S106、一张图像采集完毕之后，通过改变灯带114的机械角度、灯带114照度、相机高度、光源框架14高度等需调节的参数，再次进行图像的采集和保存，直至采集完毕所有需要的图像；
S107、图像采集工作完成后，关闭PC端软件以及断开装置的电源等相关操作，保证装置的合理放置。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.智能图像采集装置，包括装置框架(1)、相机支架(2)、工业相机(3)、相机升降板(4)、载物底板(15)、同步传动丝杆机构、灯光调节机构、相机升降滑台机构、灯带电源开关和工控机(9)，其特征在于：所述同步传动丝杆机构为四组，且所述同步传动丝杆机构位于装置框架(1)的两侧，所述装置框架(1)上安装有相机升降限位光电开关遮光板(6)、光源控制器(7)、滑台三角支架板小号(8)、滑台三角支架板大号(81)、装置遮光板(12)、载物小面板(13)和光源框架(14)，所述光源框架(14)包括型材支撑盒(1401)和光电传感器遮光板(1402)；
所述同步传动丝杆机构包括光源升降下限位光电传感器支架(101)、57电机固定架(102)、4导程丝杆(103)、丝杆螺母(104)和卧式轴承(105)，所述卧式轴承(105)安装于装置框架(1)上层的铝型材下方位置，所述丝杆螺母(104)的第一初装位置在4导程丝杆(103)上，所述丝杆螺母(104)的第二安装位置位于灯光调节机构两端的型材支撑盒处；
所述灯光调节机构包括四组灯带(114)、42步进电机(110)、42步进电机支架(111)、小型联轴器(112)、立式轴承、立式轴承支座(116)、轴承座连接架(117)、灯带左连接架(113)和灯带右连接架(115)，四组所述灯带(114)呈现口字形分布且位于铝型材框架的下部，所述联轴器(52)的左侧与42步进电机(110)连接，所述联轴器(52)的右侧与灯带左连接架(113)连接，所述灯带(114)均与灯带左连接架(113)和灯带右连接架(115)连接，所述灯带右连接架(115)与立式轴承连接，所述立式轴承的底部与立式轴承支座(116)连接，所述立式轴承支座(116)连接到铝型材上；
所述相机升降滑台机构主要包括57步进电机(5)、联轴器(52)、滚珠丝杠(57)、57步进电机平面支架(51)、滚珠丝杠螺母(54)、燕尾滑轨(56)、滚珠丝杠轴承支座(58)和2040铝型材(55)，所述57步进电机(5)固定连接在57步进电机平面支架(51)上，所述57步进电机(5)与联轴器(52)的左端相连，所述联轴器(52)的右端与滚珠丝杠(57)相连，所述滚珠丝杠(57)左端与滚珠丝杠轴承支座(58)形成基孔制配合安装，其右端与滚珠丝杠轴承支座(58)配合，所述滚珠丝杠螺母(54)安装在滚珠丝杠(57)上，所述滚珠丝杠螺母(54)包括螺母本身以及滑块，且所述滑块安装在燕尾滑轨(56)上形成直线滑动，所述57步进电机平面支架(51)、滚珠丝杠轴承支座(58)与滚珠丝杠轴承支座(58)和燕尾滑轨(56)均安装在2040铝型材(55)上，所述57步进电机(5)位于装置框架(1)的低层铝型材上部位置，所述工业相机(3)安装在相机支架(2)上，所述相机支架(2)与相机升降板(4)固定连接，所述相机升降板(4)安装在滚珠丝杠螺母(54)上；
所述相机升降板(4)包括相机上限位传感器支架(41)、光电传感器(42)、光源上限位传感器支架(43)、相机下限位传感器支架(44)和光照传感器(45)，所述相机上限位传感器支架(41)的第一安装位置是2040铝型材(55)，所述相机上限位传感器支架(41)的第二安装位置是光电传感器(42)，所述相机下限位传感器支架(44)的第一安装位置是装置框架(1)，所述相机下限位传感器支架(44)的第二安装位置是光电传感器(42)，所述相机升降限位光电开关遮光板(6)安装在滚珠丝杠螺母(54)上。
2.根据权利要求1所述的智能图像采集装置，其特征在于：所述同步传动丝杆机构由57步进电机(5)与电机连接架形成上下形式的固定结构，且所述电机连接架通过两组螺栓螺母固定在外框架上。
3.根据权利要求1所述的智能图像采集装置，其特征在于：所述载物底板(15)通过四角的四个孔位固定在装置框架(1)的底部，所述载物底板(15)的中间位置加装了一根铝型材做支撑。
4.根据权利要求1所述的智能图像采集装置，其特征在于：所述装置框架(1)都使用褐黑色磨砂材料进行遮光处理。
5.根据权利要求1所述的智能图像采集装置，其特征在于：所述光电传感器(42)共设置为10个，全部所述光电传感器(42)分别在于4导程丝杆(103)的上下限位和相机升降滑台的升降限位。
6.根据权利要求1所述的智能图像采集装置，其特征在于：所述光照传感器(45)设置为4个，四个所述光照传感器(45)位于载物底板(15)的四个角位置处。
7.智能图像采集装置的采集方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S101、启动PC端的控制软件，并打开装置的总电源控制开关，将工业相机的数据线以及光源控制器的控制线接入PC端口，打开光源总开关；
S102、初始化装置，使灯带的初始照度使其一致，并改变其中所需调节的灯带的机械角度，使其满足图像采集的需求；
S103、利用PC端串行口发送光源框架的调节指令，驱动光源框架的步进电机执行动作，调节其高度到指定值；
S104、根据PC端相机传回的实时图像，调节工业相机的高度，使其满足计算视野的要求，与此同时调节相机的镜头参数，使其传回的图像清晰稳定；
S105、图像满足采集要求时，在PC软件端按下保存按钮，即时图像将会以指定的格式保存到指定的工作目录下；
S106、一张图像采集完毕之后，通过改变灯带的机械角度、灯带照度、相机高度、光源框架高度等需调节的参数，再次进行图像的采集和保存，直至采集完毕所有需要的图像；
S107、图像采集工作完成后，关闭PC端软件以及断开装置的电源等相关操作，保证装置的合理放置。
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