CN112689097B - 线激光器自动亮度控制方法、系统及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线激光器自动亮度控制方法、系统及存储介质，其中，方法包括：获取扫描图像的数字信号，扫描图像的数字信号为3D轮廓扫描相机中的CCD/CMOS图像传感器对反射光进行光电转换得到；基于获取的数字信号，筛选得到直方图；提取直方图中感兴趣信息，计算得到当前亮度评价值；基于当前亮度评价值确定线激光器的目标激光功率，驱动改变线激光器的输出功率。本发明控制方法能够适用于工业激光3D轮廓扫描相机中，对原始直方图进行筛选，利用高斯系数与灰度权数进行卷积计算结果为权重，得到当前亮度评价值，实现迅速调整线激光器的功率输出，保证扫描相机能最大限度的适应不同的拍摄物，在拍摄中可稳定的采集到轮廓点，得到稳定恰当的曝光。

Description

线激光器自动亮度控制方法、系统及存储介质

技术领域

本发明属于自动亮度控制技术领域，具体涉及一种适用于工业用激光3D轮廓扫描相机的线激光器自动亮度控制方法、系统及计算机存储介质。

背景技术

目前，现有的线激光自动亮度控制方法大都基于整体亮度评判亮度，从整体亮度加权平均得到亮度评价值，然后根据当前亮度与目标亮度的差异自动调整激光器的输出功率。此方法系统适用的场景较为单一，适用于基本为单一背景或者反光系数相似的被摄物；当场景中具有多种不同反光系数的物体时，表现为要么亮度过曝要么亮度过低，而真正需要拍摄的物体没有得到合适的亮度，造成3D轮廓扫描相机得到的特征数据不稳定或者错误，导致测量结果不稳定。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种线激光器自动亮度控制方法能迅速调整激光器的功率输出，使得工业用激光3D轮廓扫描相机能稳定的采集到轮廓点。

为实现上述目的，本发明是通过如下手段：

一种线激光器自动亮度控制方法，包括：获取扫描图像的数字信号，扫描图像的数字信号为3D轮廓扫描相机中的CCD/CMOS图像传感器对反射光进行光电转换得到；基于获取的数字信号，筛选得到直方图；提取直方图中感兴趣信息，计算得到当前亮度评价值；基于当前亮度评价值确定线激光器的目标激光功率，驱动改变线激光器的输出功率。

进一步地，获取扫描图像的数字信号，扫描图像的数字信号为3D轮廓扫描相机中的CCD/CMOS图像传感器对反射光进行光电转换得到；基于获取的数字信号，筛选得到直方图；提取直方图中感兴趣信息，计算得到当前亮度评价值；基于当前亮度评价值确定线激光器的目标激光功率，驱动改变线激光器的输出功率。

进一步地，所述对提取直方图中感兴趣信息还包括设置提取数量T，获取直方图中的最高灰度，自最高灰度开始筛选提取出T个灰度值信息，T值为直方图中高曝光灰度数量数。

进一步地，基于获取的数字信号，筛选得到直方图包括步骤：设置非黑场图像的灰度阈值，提取大于灰度阈值的数值做直方图。

进一步地，所述高斯系数g_i可以根据如下公式获得：

其中，r为所述高斯系数的高斯核，d_i为当前灰度值与最大灰度值的差值。

进一步地，基于当前亮度评价值确定线激光器的输出功率包括，获取当前激光功率值及目标亮度值，基于当前亮度评价值、当前激光功率值及目标亮度值计算出目标激光功率值。

可选地，所述灰度权数f_i可以根据如下公式获得：

其中，n_i为非黑场图数字信号中所测灰度值的灰度权数，n_imax非黑场数字信号中所测灰度值的灰度权数的最大值，z为3D轮廓扫描相机的调试影响因子。

另一方面，本发明还提供了一种线激光器自动亮度控制系统，应用于线激光器的3D轮廓扫描相机中，所述线激光器自动亮度控制系统包括：图像获取模块，用于获取被线激光器照射物体在扫描相机中的图像；数据提取模块，用于将获取的图像进行信息处理以获得直方图数据信息；直方图数据处理模块，用于对直方图数据信息进行直方图统计筛选，以获得直方图；激光功率计算模块，用于根据所述直方图，计算得出线激光器的输出功率；处理器，分别与所述图像获取模块、数据提取模块、直方图数据处理模块及激光功率计算模块通信连接，用于数据的处理计算，存储器，与所述处理器通信连接，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行所述线激光器自动亮度控制方法步骤。

另一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令由计算机系统的处理器加载并执行所述线激光器自动亮度控制方法步骤。

相较于现有技术，本发明所述线激光器自动亮度控制方法、系统及存储介质，能够适用于工业激光3D轮廓扫描相机中，较现有方法中基于整体亮度去评判亮度，本发明对直方图进行筛选，利用高斯系数与灰度权数进行卷积计算结果为权重，得到当前亮度评价值，实现迅速调整线激光器的功率输出，保证3D轮廓扫描相机能最大限度的适应不同的拍摄物，在拍摄中可稳定的采集到轮廓点，得到稳定恰当的曝光。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明线激光器自动亮度控制方法优选实施例流程图；

图2为本发明步骤S30的细化子流程图；

图3是本发明洗激光器自动亮度控制系统的优选实施例方框示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

参照图1所示，图1是发明实施例中线激光器自动亮度控制方法的流程图。在本实施例中，本实施的方法可以包括：

步骤S10、获取扫描图像的数字信号。

在本实例中，使用工业用激光3D轮廓扫描相机，3D轮廓扫描相机搭载的CCD/CMOS图像传感器负责对投射到物体表面的反射光进行光电转换输出数字信号，得到扫描图像的数字信号，所述扫描图像的数字信号包括水平分辨率M及对应的灰度值。

步骤S20、设置非黑场图像的灰度阈值，提取大于灰度阈值的数值做直方图。

由于线激光器是投射线束形的光，其反映在图像中为一条线束，线束之外的地方为黑场图像。为保证准确性，将从S10中得到的数字信号进行有效值筛选，设置灰度阈值屏蔽黑场图像的数据，当灰度值大于所设置的灰度阈值时才进行处理。

根据所选取的非黑场亮度数值，按列方向提取灰度最大值、获取灰度权数fi，做直方图统计。

步骤S30、提取直方图中的感兴趣信息，计算得到当前亮度评价值。

在现有技术中，直接采用直方图数据进行加权计算。而在本实施例中，根据3D轮廓扫描相机的应用特点，提取S20中直方图中的感兴趣信息，使图像刚好饱和是最大的曝光状态，此时得到的轮廓数据最为准确。参考图2所示，图2为图1中步骤S30的细化子流程图，具体步骤如下：

步骤S301、设置提取数量T，获取直方图中的最高灰度，自最高灰度开始筛选提取出T个灰度值信息；

具体为，设置提取数量T，获取直方图中的最高灰度，自最高灰度开始筛选提取出T个灰度值，T值为直方图中高曝光灰度数量数。则当提取的直方图灰度值的个数大于T时停止提取。设置提取数量T所提取到的灰度信息恰好表示了分散在拍摄场景中的高反光材料，在高反光材料及普通反光材料之间作了恰当的均衡。本实施例中T值为直方图灰度数量总和的25％，兼顾亮处准确度与暗处准确度。不同T值设置会得到不同特征值的曝光控制。

步骤S302、获取筛选后的灰度权数及高斯系数进行卷积计算，得到加权灰度数量；

步骤S303、以加权灰度数量及当前灰度值进行加权平均计算，得到当前亮度评价值。

在本实施例中，权值为动态计算的，以高斯系数和灰度权数的乘积加权灰度数量为加权平均计算中的权值。根据3D轮廓扫描相机的应用特点，从直方图中最大灰度开始，设置窗口为r的高斯核，高斯系数g_i可以根据以下公式获得：

其中r为所述高斯系数的高斯核，本实施中r取值为最大灰度的50％，d_i为当前灰度值与最大灰度值的差值，d_i＝(d₁，d₂，…，d_T)。

因此，当前亮度评价值Y_i的计算公式为：

其中，X_i为所提取的当前灰度值，X_i＝(_X1，_X2，…，_XT)，所述f_i为所述原始直方图中的灰度权数，f_i＝(f₁，f₂，…，f_T)，g_i为扫描相机的高斯系数，g_i＝(g₁，g₂，…，g_T)；T为所述直方图中的提取数量。

步骤S40、获取当前激光功率值及目标亮度值，基于当前亮度评价值、当前激光功率值及目标亮度值计算出目标激光功率值。

CCD/CMOS图像传感器的感光特性是线性变化的，基于此，可根据S30计算得到的当前亮度评价值与用户设定的目标亮度值来计算出需要驱动的目标激光功率值。

目标激光功率值有恒等式为

其中P_i为当前的激光功率值，Y_i为当前亮度评价值，P_y为目标激光功率值，Y_y为用户设定的目标亮度值。

步骤S50、基于目标激光功率值改变线激光器的输出功率，实现亮度自动调整。

根据S40得到的目标激光器功率值，通过通用总线形式驱动线激光器驱动IC改变线激光器的输出功率，可迅速调整线激光器的功率输出，达到自动亮度调整的目的，得到稳定恰当的曝光。

本实施例相对于现有技术中采用整体亮度评判亮度相比，本发明通过筛选数据作原始亮度直方图、选取直方图中感兴趣的数据以及采用动态权值进行加权平均计算，得到当前亮度评价值进而计算出需要驱动的输出功率，实现了能迅速调整激光器的功率输出，得到稳定恰当的曝光，3D轮廓扫描相机能最大限度的适应不同的被拍摄物体，使得相机能稳定的采集到轮廓点。

在其他实施例中，直方图的灰度权数fi可以根据线激光器产品的曝光特性进行调整，具体为：

假定CCD/CMOS图像传感器的水平分辨率为M，则在该实施例中会得到M个灰度最大值，并对每列的最大值个数进行统计，对于饱和灰度而言，最大值个数可能不止1个,记该处的最大值个数为原始灰度权数n_i,其中i＝1,2,3,…,M。

对于亮度直方图，其受线激光器产品的曝特性影响，因此亮度直方图中的灰度权数f_i有表达式为：

其中，n_i为非黑场字信号中所测灰度值的灰度权数，n_imax非黑场数字信号中所测灰度值的灰度权数的最大值，z为3D轮廓扫描相机的调试影响因子。本实施例以非黑场数字信号的对应灰度值的权重和3D轮廓扫描相机的调试影响因子乘积为直方图灰度权数，更有利于做直方图，保证直方图的准确性。其他方法步骤相同，不予赘述。

此外，参阅附图2，本发明实施例中还提供了一种线激光器自动亮度控制系统20，应用于线激光器的3D轮廓扫描相机10中，所述线激光器自动亮度控制系统包括：

图像获取模块，用于获取被线激光器照射物体在扫描相机中的图像；

数据提取模块，用于将获取的图像进行信息处理以获得直方图数据信息；

直方图数据处理模块，用于对直方图数据信息进行直方图统计筛选，以获得直方图；

激光功率计算模块，用于根据所述直方图，计算得出线激光器的输出功率；

处理器，分别与所述图像获取模块、数据提取模块、直方图数据处理模块及激光功率计算模块通信连接，用于数据的处理计算，

存储器，与所述处理器通信连接，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述线激光器自动亮度控制方法。

由线激光器自动亮度控制系统计算得到需要驱动的激光器功功率，输出反馈至线激光器功率驱动模块，迅速调整线激光器的功率输出，保证扫描相机能稳定采集到轮廓点。

另一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令由计算机系统的处理器加载并执行所述线激光器自动亮度控制方法步骤。本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分步骤可以通过相关程序指令完成，该程序可以存储于计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘或光盘等。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种线激光器自动亮度控制方法，其特征在于，包括：

获取扫描图像的数字信号，扫描图像的数字信号为3D轮廓扫描相机中的CCD/CMOS图像传感器对反射光进行光电转换得到；

基于获取的数字信号，筛选得到直方图；

提取直方图中感兴趣信息，计算得到当前亮度评价值；

基于当前亮度评价值确定线激光器的目标激光功率，驱动改变线激光器的输出功率；所述提取直方图中感兴趣信息，计算得到当前亮度评价值包括步骤：

提取当前灰度值；

获取直方图的灰度权数fi及高斯系数gi；

对灰度权数及高斯系数进行卷积计算，得到加权灰度数量，根据当前灰度值及加权灰度数量加权平均计算得到当前亮度评价值，其中，所述灰度权数f_i可以根据如下公式获得：

其中，n_i为非黑场图数字信号中所测灰度值的灰度权数，n_imax非黑场数字信号中所测灰度值的灰度权数的最大值，z为3D轮廓扫描相机的调试影响因子。

2.根据权利要求1所述的线激光器自动亮度控制方法，其特征在于，所述提取直方图中感兴趣信息还包括，

设置提取数量T，获取直方图中的最高灰度，自最高灰度开始筛选提取出T个灰度值信息，T值为直方图中高曝光灰度数量数。

3.根据权利要求2所述的线激光器自动亮度控制方法，其特征在于，基于获取的数字信号，筛选得到直方图包括步骤：

设置非黑场图像的灰度阈值，提取大于灰度阈值的数值做直方图。

4.根据权利要求3所述的线激光器自动亮度控制方法，其特征在于，所述高斯系数gi可以根据如下公式获得：

其中，r为所述高斯系数的高斯核，d_i为当前灰度值与最大灰度值的差值。

5.根据权利要求4所述的线激光器自动亮度控制方法，其特征在于，基于当前亮度评价值确定线激光器的输出功率包括，

获取当前激光功率值及目标亮度值，

基于当前亮度评价值、当前激光功率值及目标亮度值计算出目标激光功率值。

6.一种线激光器自动亮度控制系统，应用于线激光器的3D轮廓扫描相机中，其特征在于，所述线激光器自动亮度控制系统包括：

图像获取模块，用于获取被线激光器照射物体在扫描相机中的图像；

数据提取模块，用于将获取的图像进行信息处理以获得直方图数据信息；

直方图数据处理模块，用于对直方图数据信息进行直方图统计筛选，以获得直方图；

激光功率计算模块，用于根据所述直方图，计算得出线激光器的输出功率；

处理器，分别与所述图像获取模块、数据提取模块、直方图数据处理模块及激光功率计算模块通信连接，用于数据的处理计算，

存储器，与所述处理器通信连接，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行权利要求1～5任一项所述的方法步骤。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令由计算机系统的处理器加载并执行如权利要求1至5任一项所述的方法步骤。

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