CN113472988A - 一种高速线阵相机和高强度光源同步触发控制的图像采集方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速线阵相机和高强度光源同步触发控制的图像采集方法及其装置，属于机器视觉技术领域，包括外壳，其特征在于：所述外壳的一端设置有镜头筒，所述外壳的内部设置有主板，所述主板上依次连接有线阵相机、镜头、高强度光源发生器、线型光源发射模块、自适应脉冲信号同步生成模块、电源转换模块和六组接口，外壳的外部通过导线连接有外部触发传感器、脉冲可调节生成器、光源功率调整模块和线型参数调整模块。本发明可以实现高速线阵相机采集中，快门曝光瞬间，光源与相机成像瞬时同步的功能，可以在高帧率图像采集中，保证采集图像的清晰度、直方图分布的均衡性和一致性。

Description

一种高速线阵相机和高强度光源同步触发控制的图像采集方 法及其装置

技术领域

本发明属于机器视觉技术领域，具体涉及一种高速线阵相机和高强度光源同步触发控制的图像采集方法及其装置。

背景技术

机器视觉技术在工业检测领域应用广泛，当前中低速图像采集系统，利用面阵相机和线阵相机，基本都能实现高清高质量图像的采集。随着高速加工、高速流水线的大批量应用，以及目标检测、缺陷检测的需求，高速图像采集特别需要采集到高质量、高清晰度、光照与成像均匀的图像。

然而，当前的高速图像采集系统，难以找到一种现场使用方便、成像质量高、可以灵活调节的高速线阵相机同步采集控制方法与装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速线阵相机和高强度光源同步触发控制的图像采集方法及其装置，以解决上述背景技术中提出现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高速线阵相机和高强度光源同步触发控制的图像采集装置，包括外壳，其特征在于：所述外壳的一端设置有镜头筒，所述外壳的内部设置有主板，所述主板上依次连接有线阵相机、镜头、高强度光源发生器、线型光源发射模块、自适应脉冲信号同步生成模块、电源转换模块和六组接口，外壳的外部通过导线连接有外部触发传感器、脉冲可调节生成器、光源功率调整模块和线型参数调整模块。

优选的，所述外壳的另一端依次设置有外触发传感器接口、电源接口和脉冲可调节生成器接口，所述外触发传感器接口、电源接口和脉冲可调节生成器接口与主板上的接口相对应。

优选的，所述外壳的一侧外壁上依次设置有线型参数调节接口和光源功率调节接口，所述线型参数调节接口和光源功率调节接口与主板上的接口相对应。

优选的，所述外壳的另一侧外壁上设置有图像传输接口，所述图像传输接口与主板上的接口相对应。

优选的，所述电源转换模块与电源接口相对应，所述线阵相机与镜头相对应，所述高强度光源发生器与光源功率调节接口对应设置。

优选的，所述线型光源发射模块与线型参数调节接口对应设置,所述自适应脉冲信号同步生成模块与脉冲可调节生成器接口对应设置。

一种高速线阵相机和高强度光源同步触发控制的图像采集方法，其特征在于：包括如下方法：

S1、将整体装置，通过电源接口外接电源，24V、48V、110V、220V、380V或其他，通过电源转换模块，5V、12V、24V直流供电，为线阵相机、线型光源发射模块、自适应脉冲信号同步生成模块供电，待各模块指示灯正常工作后，进入后续操作；

S2、打开高强度光源发生器，根据目标物体，调节线型光源发射模块，通过线型参数调节接口和光源功率调节接口接入相关设备，并设置现场需要的光源强度和参数，对目标物体进行补光；

S3、打开线阵相机采集界面，通过图像传输接口，连接到电脑采集卡上，参考软件界面图像亮度调节相机角度、调节镜头光圈，根据目标物体距离对焦成像，固定采集系统距离，固定镜头参数；

S4、根据现场使用需求，选择外触发传感器，或者脉冲可调节生成器，给自适应脉冲信号同步生成模块输入触发脉冲信号；自适应脉冲信号同步生成模块，将输入的脉冲信号，生成自适应方波脉冲，同时确保线阵相机触发的上升沿脉冲信号、下降沿脉冲信号，一个触发周期的时间小于光源触发时间；

S、整体采集系统装置调节好后，准备正式的线阵相机图像采集，期间保证装置的位置、相机参数、镜头参数、光源参数等固定不变，待图像采集结束后，保存图像数据，关闭线阵相机软件，关闭高强度光源发生器，关闭电源模块，完成高速线阵相机同步采集。

本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种高速线阵相机和高强度光源同步触发控制的图像采集方法及其装置，与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明可以实现高速线阵相机采集中，快门曝光瞬间，光源与相机成像瞬时同步的功能，可以在高帧率图像采集中，保证采集图像的清晰度、直方图分布的均衡性和一致性。可解决当前图像采集中，光源和相机在高速采集状态下不能保证完全同步的问题，保证所采集图像一致行、标准性，为后续的图像处理和高精度检测，提供基础。

2、在工业现场中，高速线阵相机高帧率采集中，外触发传感器由于编码分辨率低，对于高速线阵相机，无法进行高精度脉冲触发，导致图像丢帧问题，本发明可以解决这个问题，保证采集图像的完整性。

3、本发明设计的自适应脉冲信号同步生成模块，具有两种触发模式，为现场使用提供了更加灵活的使用方式，既可以利用外触发传感器进行变速自适应图像采集，也可以利用用户自定义参数，摆脱外触发传感器的约束，对匀速运动物体，进行定速同步触发的图像采集。

4、本发明设计的高强度光源发生器、线型光源发射模块，可以进行灵活调节，根据不同的现场环境，进行光源强度和线型参数的调节，适用性更广泛，效率更高，可以实现一机多用的功能，可拓展性更强。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明外壳的结构示意图；

图3为本发明主板的结构示意图；

图4为本发明的装置与方法示意图。

图中：1、外壳；2、镜头筒；3、主板；4、线阵相机；5、镜头；6、高强度光源发生器；7、线型光源发射模块；8、自适应脉冲信号同步生成模块；9、电源转换模块；10、接口；11、外触发传感器接口；12、电源接口；13、脉冲可调节生成器接口；14、线型参数调节接口；15、光源功率调节接口；16、图像传输接口。

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。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。

本发明提供了如图1-4所示的一种高速线阵相机和高强度光源同步触发控制的图像采集装置，包括外壳1，其特征在于：外壳1的一端设置有镜头筒2，外壳1的内部设置有主板3，主板3上依次连接有线阵相机4、镜头5、高强度光源发生器6、线型光源发射模块7、自适应脉冲信号同步生成模块8、电源转换模块9和六组接口10，外壳1的外部通过导线连接有外部触发传感器、脉冲可调节生成器、光源功率调整模块和线型参数调整模块。

外壳1的另一端依次设置有外触发传感器接口11、电源接口12和脉冲可调节生成器接口13，外触发传感器接口11、电源接口12和脉冲可调节生成器接口13与主板3上的接口10相对应。

外壳1的一侧外壁上依次设置有线型参数调节接口14和光源功率调节接口15，线型参数调节接口14和光源功率调节接口15与主板3上的接口10相对应。

外壳1的另一侧外壁上设置有图像传输接口16，图像传输接口16与主板3上的接口10相对应。

电源转换模块9与电源接口12相对应，线阵相机4与镜头5相对应，高强度光源发生器6与光源功率调节接口15对应设置。

线型光源发射模块7与线型参数调节接口14对应设置,自适应脉冲信号同步生成模块8与脉冲可调节生成器接口13对应设置。

一种高速线阵相机和高强度光源同步触发控制的图像采集方法，其特征在于：包括如下方法：

S1、将整体装置，通过电源接口12外接电源，24V、48V、110V、220V、380V或其他，通过电源转换模块9，变压或者逆变为5V、12V、24V直流供电，为线阵相机4、线型光源发射模块7、自适应脉冲信号同步生成模块8供电，待各模块指示灯正常工作后，进入后续操作；

S2、打开高强度光源发生器8，根据目标物体，调节线型光源发射模块7，通过线型参数调节接口14和光源功率调节接口15接入相关设备，并设置现场需要的光源强度和参数，对目标物体进行补光；

S3、打开线阵相机4采集界面，通过图像传输接口16，连接到电脑采集卡上，参考软件界面图像亮度调节相机角度、调节镜头光圈，根据目标物体距离对焦成像，固定采集系统距离，固定镜头参数；

S4、根据现场使用需求，选择外触发传感器，或者脉冲可调节生成器，给自适应脉冲信号同步生成模块8输入触发脉冲信号；自适应脉冲信号同步生成模块8，将输入的脉冲信号，生成自适应方波脉冲，同时确保线阵相机4触发的上升沿脉冲信号、下降沿脉冲信号，一个触发周期的时间小于光源触发时间；

S5、整体采集系统装置调节好后，准备正式的线阵相机4图像采集，期间保证装置的位置、相机参数、镜头参数、光源参数等固定不变，待图像采集结束后，保存图像数据，关闭线阵相机4软件，关闭高强度光源发生器6，关闭电源模块，完成高速线阵相机同步采集。

实施例1

S1、使用高速线阵相机4采集图像，目标是针对高速运动物体的扫描式高速图像采集。为保证对高速运动目标的瞬间图像采集，需要选择10KHz以上的高速线阵相机4，即0.1ms内的瞬间相机曝光成像，并采集图像。由于选择大靶面高速线阵感光芯片，所以需要配合大光圈镜头5进行光学成像。

S2、由于高速线阵相机4需要在0.1ms甚至更短时间以内采集图像，瞬时通光量很少，所以设计高强度线型光源同步补光，保证线阵相机4采集图像的清晰度和直方图分布均匀性。

S3、高速线阵相机4一般需要脉冲信号触发采集线阵图像，然后拼接成二维图像，所以本发明的触发方式，考虑到实际需求，设计了外触发传感器、脉冲可调节生成器，这两种触发方式。用于同步触发线阵相机4和线型光源，保证瞬间补光的同时，采集高质量图像。

S4、高速线阵相机4采集的图像数据，通过设计的图像传输接口16，实现数据传输与存储。

实施例2

S1、高强度线型光源发生器6用于对高速运动的目标进行同步补光，用于配合高速线阵相机4采集到清晰的高质量图像。本发明设计了高强度光源发生器6、线型光源发射模块7，其中，高强度光源发生器6用于产生0-50W强光源(甚至更高)，本发明以激光光源为例说明，保证0.1ms甚至更短的瞬间内，提供充足的光照。由于不同场景光线、不同采集速度，所需要的瞬间通光量不同，所以本发明设计了光源功率调节模块15，用于灵活调节光源的功率，方便现场使用。这也解决了当前激光发生器固定功率，无法调节强度的问题。

S2、高强度光源发生器6将产生的大功率光源，发送给线型光源发射模块7，此模块产生不同宽度、不同角度范围的高强度光带，并覆盖待测目标物体，保证高速线阵相机城乡范围内，目标成像区域光照度满足10KHz以上的高速线阵相机需求。线型光源发射模块7可由线型参数调节模块控制，进行不同角度、不同宽度的光源调节，解决了当前激光发生器无法调节线型参数的问题。

S3、光源功率调节模块、线型参数调节模块，可以跟相机和光源封装在一起，进行整体控制；也可以通过信号线远距离控制，便于现场设备的灵活安装使用。

实施例3

S1、自适应脉冲信号同步生成模8的主要功能，就是控制高速线阵相机和线型光源的同步触发，保证0.1ms甚至更短的瞬间内，实现高质量的图像采集。特别的，此模块生成的两个脉冲信号，保证线阵相机4触发的时间要小于光源瞬间发射的时间，才能保证相机成像的瞬间，具有足够强度的光源补光。为了实现此功能，自适应脉冲信号同步生成模块8，具有两种触发模式：

(1)外触发传感器的同步触发控制。此设计为了适用于变速度采集的情况，例如带传动设备，当设备由电机驱动时，轮轴编码器安装于电器轴头，随着电机旋转，编码器产生周期变化脉冲信号，输入到自适应脉冲信号同步生成模块中，产生上述的两个方波脉冲信号，用于同步控制线阵相机和线型光源。

(2)脉冲可调节生成器的同步触发控制。此设计为了适用于人工设定参数控制，或者匀速运动的图像采集。当目标物体的运动为持续匀速时，可以省略编码器的使用，利用本发明的脉冲可调节生成器的同步触发，来产生上述的两个方波脉冲信号，用于同步控制线阵相机和线型光源。

S2、自适应脉冲信号同步生成模8可以通过板卡芯片程序，对触发信号进行分频或倍频处理，产生多路或者加密的脉冲信号，用于高速线阵相机和光源的同步触发。

如图1-4所示：

利用高速线阵相机4和镜头5组成的视觉系统，配合高强度线型光源，线型光源覆盖整个目标检测区域，线阵相机4通过镜头5采集目标物体。高速线阵相机和高强度光源，通过自适应脉冲信号同步生成模块控制8，实现高强度线型光源发射的短暂时间内，同步触发高速线阵相机进行更短时间的曝光成像与图像数据采集，用于获取高速运动目标的瞬间动态图像。

其中，本发明的成像方法和装置，还可以通过外触发传感器，例如旋转编码器，生成外出发信号，输入到自适应脉冲信号同步生成器，进行分频或者倍频处理，生成多路触发信号，或密度更大的脉冲信号，对高速线阵相机4和高强度光源发生器6进行瞬间同步触发，用于采集高速运动目标的图像。

其中，本发明的成像方法和装置，还可以通过脉冲可调节生成器，例如PCI板卡或者嵌入式模块，按照用户需要的相机触发频率，设置脉冲信号，输入到自适应脉冲信号同步生成模块8，进行分频或者倍频处理，生成多路触发信号，或密度更大的脉冲信号，对高速线阵相机4和高强度光源发生器6进行瞬间同步触发，用于采集高速运动目标的图像。

其中，本发明的方法和装置中，所设计的光源功率调节模块15，可以根据不同的环境亮度，对高强度光源发生器6进行功率调节控制，例如对大功率激光光源进行0-50W功率的调节，以满足现场光线需求。

其中，本发明的方法和装置中，所设计的线型参数调节模块，可以根据目标物体成像范围需求，调节光源发射出的参数，例如：线型光源的宽度、线型光源的角度范围等，更方便线阵相机4的对其成像和高质量图像采集。

其中，本发明的方法和装置，可以进行整体封装制作，将线阵相机4、镜头5、高强度光源发生器6、线型光源发射模块7、自适应脉冲信号同步生成模块8、电源转换模块9及接口10，封装在一个盒子中，进行防尘防水设计。同时设计外触发传感器接口11、脉冲可调节生成器接口13、电源接口12、线型参数调节接口14、光源功率调节接口15、图像传输接口16，用于更加灵活方面的现场调节和使用。

本发明专门针对高速线阵相机采集中，高强度光源瞬间连续发射补光，线阵相机采集无法自适应同步控制的问题，以及外触发传感器使用局限性的问题，设计了一种相机和光源同步触发、高强度光源灵活调节、外触发和脉冲自生成触发的两种模式，最终用于实现高速线阵相机同步采集控制。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高速线阵相机和高强度光源同步触发控制的图像采集装置，包括外壳(1)，其特征在于：所述外壳(1)的一端设置有镜头筒(2)，所述外壳(1)的内部设置有主板(3)，所述主板(3)上依次连接有线阵相机(4)、镜头(5)、高强度光源发生器(6)、线型光源发射模块(7)、自适应脉冲信号同步生成模块(8)、电源转换模块(9)和六组接口(10)，所述外壳(1)的外部通过导线连接有外部触发传感器、脉冲可调节生成器、光源功率调整模块和线型参数调整模块。

2.根据权利要求1所述的一种高速线阵相机和高强度光源同步触发控制的图像采集装置，其特征在于：所述外壳(1)的另一端依次设置有外触发传感器接口(11)、电源接口(12)和脉冲可调节生成器接口(13)，所述外触发传感器接口(11)、电源接口(12)和脉冲可调节生成器接口(13)与主板(3)上的接口(10)相对应。

3.根据权利要求2所述的一种高速线阵相机和高强度光源同步触发控制的图像采集装置，其特征在于：所述外壳(1)的一侧外壁上依次设置有线型参数调节接口(14)和光源功率调节接口(15)，所述线型参数调节接口(14)和光源功率调节接口(15)与主板(3)上的接口(10)相对应。

4.根据权利要求3所述的一种高速线阵相机和高强度光源同步触发控制的图像采集装置，其特征在于：所述外壳(1)的另一侧外壁上设置有图像传输接口(16)，所述图像传输接口(16)与主板(3)上的接口(10)相对应。

5.根据权利要求4所述的一种高速线阵相机和高强度光源同步触发控制的图像采集装置，其特征在于：所述电源转换模块(9)与电源接口(12)相对应，所述线阵相机(4)与镜头(5)相对应，所述高强度光源发生器(6)与光源功率调节接口(15)对应设置。

6.根据权利要求5所述的一种高速线阵相机和高强度光源同步触发控制的图像采集装置，其特征在于：所述线型光源发射模块(7)与线型参数调节接口(14)对应设置,所述自适应脉冲信号同步生成模块(8)与脉冲可调节生成器接口(13)对应设置。

7.一种高速线阵相机和高强度光源同步触发控制的图像采集方法，其特征在于：包括如下方法：

S1、将整体装置，通过电源接口(12)外接电源，24V、48V、110V、220V、380V或其他，通过电源转换模块(9)，变压或者逆变为5V、12V、24V直流供电，为线阵相机(4)、线型光源发射模块(7)、自适应脉冲信号同步生成模块(8)供电，待各模块指示灯正常工作后，进入后续操作；

S2、打开高强度光源发生器(6)，根据目标物体，调节线型光源发射模块(7)，通过线型参数调节接口(14)和光源功率调节接口(15)接入相关设备，并设置现场需要的光源强度和参数，对目标物体进行补光；

S3、打开线阵相机(4)采集界面，通过图像传输接口(16)，连接到电脑采集卡上，参考软件界面图像亮度调节相机角度、调节镜头光圈，根据目标物体距离对焦成像，固定采集系统距离，固定镜头参数；

S4、根据现场使用需求，选择外触发传感器，或者脉冲可调节生成器，给自适应脉冲信号同步生成模块(8)输入触发脉冲信号，自适应脉冲信号同步生成模块(8)，将输入的脉冲信号，生成自适应方波脉冲，同时确保线阵相机(4)触发的上升沿脉冲信号、下降沿脉冲信号，一个触发周期的时间小于光源触发时间；

S5、整体采集系统装置调节好后，准备正式的线阵相机(4)图像采集，期间保证装置的位置、相机参数、镜头参数、光源参数等固定不变，待图像采集结束后，保存图像数据，关闭线阵相机(4)软件，关闭高强度光源发生器(6)，关闭电源模块，完成高速线阵相机同步采集。

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