CN114089584A - 一种防眩光拍摄装置以及建筑机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种防眩光拍摄装置以及建筑设备，包括拍摄模块、补光组件、第一偏振件以及第二偏振件；其中，补光组件朝拍摄模块的拍摄方向发出光照，以对拍摄模块的拍摄目标进行照明；第一偏振件设置于补光组件的出光侧，第二偏振件设置于拍摄模块的入光侧，第一偏振件和第二偏振件在传输光路上不重叠，第一偏振件的偏振方向与第二偏振件的偏振方向呈0至90度的可变夹角设置。如此设置，可以减少拍摄目标反射至拍摄模块的光，进而有利于消除拍摄目标产生眩光的问题。

Description

一种防眩光拍摄装置以及建筑机器人

技术领域

本发明涉及工业检测技术领域，特别涉及一种防眩光拍摄装置以及建筑机器人。

背景技术

建筑机器人作业时需要使用工业相机对目标进行拍摄，并结合图像算法对作业场景和铺装目标进行定位测量。由于建筑机器人的工作环境复杂，需要适应户外暴晒下的工况，也需要保证在无环境照明的情况下照常工作；为保证在无环境照明的情况下正常工作，通常都需要增加额外的照明光源进行主动补光，以使工业相机采集的图像清晰稳定，便于图像处理。

但是对于铺贴类建筑机器人，其铺贴物通常为表面光滑的地砖、墙砖、木地板等，当同轴光源入射至这类目标物时，大部分的光会通过镜面反射进入到工业相机，造成明显的眩光，极大影响图像算法的处理效果。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种防眩光拍摄装置，旨在消除反光目标物产生的眩光效果。

为实现上述目的，本发明提出的防眩光拍摄装置，包括拍摄模块、补光组件、第一偏振件以及第二偏振件；其中，所述补光组件朝所述拍摄模块的拍摄方向发出光照，以对拍摄模块的拍摄目标进行照明；所述第一偏振件设置于所述补光组件的出光侧，所述第二偏振件设置于所述拍摄模块的入光侧，所述第一偏振件和第二偏振件在传输光路上不重叠，所述第一偏振件的偏振方向与所述第二偏振件的偏振方向呈0至90度的可变夹角设置。

在本发明的一些实施例中，所述第一偏振件上设置有第一避让孔，所述第二偏振件设置于所述第一避让孔。

在本发明的一些实施例中，所述第一偏振件或第二偏振件之一为液晶模组，所述第一偏振件或第二偏振件另一者为线偏振片，通过调整施加在液晶模组上的电压，以改变所述第一偏振件的偏振方向与所述第二偏振件的偏振方向的夹角。

在本发明的一些实施例中，所述第一偏振件为液晶模组，所述第二偏振件为线偏振片，所述液晶模组未通电时的偏振方向与所述第二偏振件的偏振方向之间的夹角为0度；所述液晶模组通电时的偏振方向与所述第二偏振件的偏振方向之间的夹角大于0度，小于等于90度。

在本发明的一些实施例中，所述液晶模组未通电时的偏振方向与所述第二偏振件的偏振方向之间的夹角为90度。

在本发明的一些实施例中，所述第一偏振件与所述第二偏振件均为线偏振片，所述第一偏振件或第二偏振件上设置有驱动装置，以改变所述第一偏振件的偏振方向与所述第二偏振件的偏振方向的夹角。

在本发明的一些实施例中，所述拍摄模块包括拍摄镜头和成像组件，所述补光组件包括灯板以及多个LED灯珠，所述灯板贯穿设置有供拍摄镜头穿过的第二避让孔，多个所述LED灯珠安装于所述灯板面对拍摄目标的表面，所述第一偏振件设置于多个所述LED灯珠的出光侧。

在本发明的一些实施例中，所述补光组件还包括采用透光材料制成的漫射板，所述漫射板设置于多个所述LED灯珠和所述第一偏振件之间，所述漫射板对应贯穿有供所述拍摄镜头显露的通光孔。

在本发明的一些实施例中，所述补光组件还包括密封圈，所述密封圈设于所述灯板和所述漫射板之间，以将所述灯板和所述漫射板密封连接。

在本发明的一些实施例中，所述防眩光拍摄装置还包括壳体，所述壳体设置有安装腔以及与所述安装腔连通的开口，所述拍摄模块和所述补光组件均安装于所述安装腔内，所述第一偏振件和所述第二偏振件共同封盖所述开口设置。

本发明还提供了一种建筑机器人，包括所述的防眩光拍摄装置。

本发明技术方案通过设置第一偏振件用于偏振阻隔补光组件的出射光，从而改变补光组件的出射光允许通过的偏振方向，只保留一个方向的偏振光入射，第一偏振件的出射光照射在目标件后镜面反射，由于第二偏振件位于拍摄模块的成像路径上，进而使得第二偏振件实现偏振阻隔入射至拍摄模块的反射光，可控制入射至拍摄模块的镜面反射光的成分，在被测目标件表面上经过镜面反射造成的眩光基本被阻隔，仅剩下经过漫反射的光，其偏振状态已经发生了改变，从而消除进入到拍摄模块的眩光效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明防眩光拍摄装置的结构爆炸示意图；

图2为本发明防眩光拍摄装置的原理简图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	拍摄模块	23	漫射板
10	工业相机	231	通光孔
				11	工业镜头	24	密封圈
2	补光组件	3	第一偏振件
				21	灯板	31	第一避让孔
211	第二避让孔	4	第二偏振件
				22	LED灯珠	5	壳体

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种防眩光拍摄装置，其应用于建筑机器人，该建筑机器人可以是铺贴类建筑机器人，该建筑机器人还可以是喷涂料机器人，该建筑机器人还可以是其他类型的机器人，在此就不一一列举。

请参阅图1，本发明的防眩光拍摄装置包括用于采集图像的拍摄模块1以及用于为拍摄模块1提供照明光源的补光组件2，当处于无环境照明的工况时，补光组件2工作实现在无环境照明条件下的补光，拍摄模块1在补光组件2补光下实现对检测目标件的捕捉检测。

由于补光组件2的照明光源在目标物表面发生镜面反射后直接入射至拍摄模块1而产生眩光，造成局部的像素饱和，影响图像算法的准确性；因此在补光组件2的出射光出射方向上设置第一偏振件3，在拍摄模块1的入光侧设置第二偏振件4，以消除拍摄目标物反光产生的眩光问题。

需要说明的是，工业光源的补光组件2主要为LED灯，LED灯发出的光偏振比较低，即S偏振成分与P偏振成分的能量比接近1:1，接近非偏振光，通过设置第一偏振件3用于偏振阻隔补光组件2的出射光，从而改变补光组件2的出射光允许通过的偏振方向，只保留一个方向的偏振光入射，第一偏振件3的出射光照射在目标件后镜面反射，由于第二偏振件4位于拍摄模块1的入光侧，这就使得第二偏振件4实现偏振阻隔入射至拍摄模块1的反射光。

参阅图2，当补光组件2工作时，产生出射光，第一偏振件3的偏振方向与第二偏振件4的偏振方向呈0-90度的可变夹角设置，通过改变第一偏振件3与第二偏振件4的偏振方向的夹角，即可控制入射至拍摄模块1的镜面反射光的成分。当第一偏振件3与第二偏振件4的偏振方向两者呈夹角时，由于第一偏振件3和第二偏振件4在传输光路上不重叠，在被测目标件表面上经过镜面反射造成的眩光基本被阻隔，仅剩下经过漫反射的光，其偏振状态已经发生了改变，从而消除进入到拍摄模块1的眩光效果。

本实施例中，第一偏振件3上设置有第一避让孔31，第二偏振件4设置于第一避让孔31中，使得出射光经过第一偏振件3后，通过拍摄目标物反射通过第二偏振件4直接进入拍摄模块1，反射光不与第一偏振件3再次偏振重叠，保证进入拍摄模块1的成像光有较高的成像亮度。

其中，第一偏振件3或第二偏振件4的其中一个为液晶模组，对应的第二偏振件4或第一偏振件3则为线偏振片；液晶模组可实现出射光或反射光的穿透传输，液晶模组包括液晶面板以及位于液晶面板中的液晶分子，由于液晶面板中的液晶分子两边具有电极结构，在液晶模组接通电源后向其增加电压使得液晶分子产生偏转和位移；由于液晶分子的主要元素为碳(C)，其分子结构呈细长的棒状，对呈棒状的液晶分子施加电压，则会产生“电偶极矩”效应，这种效应会对液晶分子的电场大小以及方向产生影响与改变，因此当在液晶分子层加入电压时，液晶分子内部产生正负两种电极，然后对外界的电场大小与方向开始产生影响，于是改变了液晶分子的行进方向。当电源停止加压后，液晶分子的正电荷向负电荷的方向前进，负电荷朝向正电荷端前进，这样也就改变了液晶分子的排列方向，并且液晶分子的排列方式其偏振方向可以通过改变施加在液晶模组上的电压调整。

通过对液晶模组施加电压改变液晶分子的排列方向，液晶分子通过排列方向的改变使光线通过或遮挡，由于补光组件2的光接近非偏振光，当出射光通过线偏振状态下的液晶模组时，仅保留一个方向的偏振光，冰鞋偏振方向保持不变并反射至为第二偏振件4，由于镜面反射光与线偏振片的偏振方向成夹角，使得偏振镜面反射光被线偏振片阻隔，实现眩光消除从而使目标物进入拍摄模块1，可实现主动光源成像并有效消除眩光。

本实施例中，第一偏振件3为液晶膜组，第二偏振件4为线偏振片；当液晶模组未通电时，其偏振方向与第二偏振件的偏振方向之间的夹角为0度；液晶模组通电时的偏振方向与所述第二偏振件的偏振方向之间的夹角大于0度，小于等于90度；当补光组件2工作或需要消除眩光时，对为液晶模组的第一偏振件3施加一定的电压，使其与第一偏振件3的偏振方向发生改变，实现与第二偏振件4的对应偏振方向呈0-90度的夹角设置，控制入射至拍摄模块1的镜面反射光的成分，可实现入射至拍摄模块1的反射光线只有经过漫反射的光。

对于表面光滑程度较低的被拍目标物(如木地板、瓷砖、大理石等)，眩光效应相对较弱，可以通过调整施加在液晶模组上的电压，减少液晶模组的偏振方向与线偏振片的偏振方向的夹角，从而增加最终入射至成像模组的光线，提高能量利用效率。

对于表面粗糙的被拍目标物(水泥墙面、石砖等)，光线基本发生漫反射并产生强烈的退偏效果，可对液晶模组施加一个较低的电压或不施加任何电压，使液晶模组的偏振方向与线偏振片的偏振方向保持一致，保证较高的能量利用效率，提高防眩光相机的泛用性。

进一步的，液晶模组还可在未通电施加电压的情况下的偏振方向与第二偏振件4成夹角设置，可实现进行数据采集时，液晶模组为保持施加低电压或不施加电压的状态，即液晶模组的默认偏振状态与第二偏振件4的偏振方向保持夹角，使得防眩光拍摄装置固定运行在抗眩光模式。因此，可以使得第一偏振件3与第二偏振件4在初始设置时两者的偏振方向即呈0-90度的夹角设置，实现防眩光拍摄装置工作时即固定运行在抗眩光模式，免去了对第一偏振件3或第二偏振件4的偏振角度调节工作。

本实施例中，当补光组件2工作时，第一偏振件3的偏振方向与第二偏振件4的偏振方向的夹角优选为90度设置，使得S偏振与P偏振均通过第一偏振件3以及第二偏振件4进行偏振阻隔，更好的实现对眩光的消除。

需要说明的是，第二偏振件4为线偏振片时，第一偏振件3也可以为线偏振片，通过在第一偏振件3或第二偏振件4上设置驱动装置，以改变第一偏振件3的偏振方向与第二偏振件4的偏振方向的夹角，可实现第一偏振件3的偏振方向与第二偏振件4的偏振方向呈夹角设置，实现对成像眩光的消除。

优选地，液晶模组为90度扭曲向列型液晶模组，使得对液晶膜组施加电压后，其液晶分子扭转方向对比施加电压前可相差90度(即偏振方向相差也为90度)，实现施加电压后补光组件2发出的光线经由液晶模组出射后只保留单个偏振方向，再经由目标物镜面反射后径第二偏振件4偏振阻隔，实现主动成像的眩光消除。

拍摄模块1包括拍摄镜头和成像组件，补光组件2包括灯板21以及多个LED灯珠22，灯板21贯穿设置有供拍摄镜头穿过的第二避让孔211，多个LED灯珠22安装于灯板21朝向拍摄目标物一侧的表面，第一偏振件3设置于多个LED灯珠22的出光侧，补光组件2包括灯板21以及多个LED灯珠22，灯板21环绕拍摄模块1而呈环形设置，多个LED灯珠22安装于灯板21面向拍摄目标的表面设置，可为拍摄模块1对目标物捕捉成像时提供均匀的光照效果。

优选地，LED灯珠22为COB封装形式的LED灯珠22，由于通过COB封装进行了二次配光，使得相对于常规LED灯珠具有较大的发光角度及良好的均匀性，适用于对发光面积及光照均匀性有较高要求的场景；需要说明的是，当补光组件2为选用出射偏振光的特殊LED灯珠22，使用这类灯珠，可以在第一偏振件3不工作的情况下出射偏振光，仅需要通过第二偏振件4便可实现控制眩光成分的功能，避免了第一偏振件3对于出射光的阻隔。

本实施例的成像组件为工业相机10，拍摄镜头为与工业相机10设配的工业镜头11，工业相机10使用板级工业相机10可以有效压缩成像模组的体积，由于其紧凑的结构设计，能够更好的适配不同型号的建筑机器人，使其安装至机器人的末端工装上实现工作成像。

本实施例中，补光组件2还包括采用透光材料制成的漫射板23，漫射板23设置于多个LED灯珠22和第一偏振件3之间，使得出射光经过漫射板23的透射后经过第一偏振件3的偏振阻隔，减少出射光经过第一偏振件3后的偏振光，漫射板23对应贯穿有供拍摄镜头显露的通光孔231，以便于拍摄模块1的对外捕捉成像；本实施例中的漫射板23使用透过率70％的双面磨砂漫射板，保证补光组件2的出射光在得到充分的匀光效果的同时也保持着有较高的透射率；进一步的，为了满足不同的打光需求，用户也可以选用不同规格的漫射板23进行安装，包括但不限于使用高透过率物色透明玻璃、透明单面磨砂、乳白漫射板等。

进一步的，补光组件2还包括密封圈24；通过密封圈24与LED灯珠22及灯板21之间进行密封连接，密封圈24对应密封固定于漫射板23以及灯板21的周侧边缘，使得补光组件2的出射光能够尽可能多的通过漫射板23，并且保证本拍摄装置的密封性；优选的，密封圈24的材质为硅橡胶，由于其材质可耐高温(大于150度)，可保证在补光组件2高发热工况下整个补光组件2的密封性能；

其中，第二偏振件4设置于第一偏振件3的第一避让孔31，以实现反射进入拍摄模块1的光线能够进行二次偏振，实现对炫光现象的消除；实现第二偏振件4与第一偏振件3之间偏振方向互补结合的同时，进一步降低了第二偏振件4的体积。

优选地，本实施例的防眩光拍摄装置还包括壳体5，壳体5设置有安装腔以及与安装腔连通的开口，拍摄模块1和补光组件2均安装于安装腔内，第一偏振件3和第二偏振件4共同封盖开口设置，可实现本防眩光拍摄装置的集成安装。

本事实例中，在拍摄模块1固定后，通过将灯板21固定于开口侧，并设置密封圈24密封固定于开口边缘后，安装漫射板23以及第一偏振件3，实现装置的整体密封装配，保证了装置在工作出现抖动或过程中的可靠性。

本发明还提供了一种建筑机器人，包括防眩光拍摄装置，通过将壳体5安装于机器人的机器臂或者躯干位置，实现在对目标物捕捉时，消除目标物的成像炫光，该防眩光拍摄装置的具体结构参照上述实施例，由于防眩光拍摄装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述；需要说明的是，本发明的建筑机器人可以是铺地板设备或抹灰设备等工地建筑机器人，可实现对不同材质目标物的捕捉成像的同时消除炫光。

综上，通过将拍摄模块1与补光组件2集成于壳体5中，在满足建筑机器人工装体积需求的同时提供稳定的主动照明，保证防眩光拍摄装置的全天候工作；并通过第一偏振件3与第二偏振件4的组合使用，极大地消除了反光目标物产生的眩光效果，降低了图像算法的复杂度。

以上所述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，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种防眩光拍摄装置，其特征在于，包括拍摄模块、补光组件、第一偏振件以及第二偏振件；其中，

所述补光组件朝所述拍摄模块的拍摄方向发出光照，以对拍摄模块的拍摄目标进行照明；

所述第一偏振件设置于所述补光组件的出光侧，所述第二偏振件设置于所述拍摄模块的入光侧，所述第一偏振件和第二偏振件在传输光路上不重叠，所述第一偏振件的偏振方向与所述第二偏振件的偏振方向呈0至90度的可变夹角设置。

2.如权利要求1所述的防眩光拍摄装置，其特征在于，所述第一偏振件上设置有第一避让孔，所述第二偏振件设置于所述第一避让孔。

3.如权利要求1所述的防眩光拍摄装置，其特征在于，所述第一偏振件或第二偏振件之一为液晶模组，所述第一偏振件或第二偏振件另一者为线偏振片，通过调整施加在液晶模组上的电压，以改变所述第一偏振件的偏振方向与所述第二偏振件的偏振方向的夹角。

4.如权利要求3所述的防眩光拍摄装置，其特征在于，所述第一偏振件为液晶模组，所述第二偏振件为线偏振片，所述液晶模组未通电时的偏振方向与所述第二偏振件的偏振方向之间的夹角为0度；所述液晶模组通电时的偏振方向与所述第二偏振件的偏振方向之间的夹角大于0度，小于等于90度。

5.如权利要求3所述的防眩光拍摄装置，其特征在于，所述液晶模组未通电时的偏振方向与所述第二偏振件的偏振方向之间的夹角为90度。

6.如权利要求1所述的防眩光拍摄装置，其特征在于，所述第一偏振件与所述第二偏振件均为线偏振片，所述第一偏振件或第二偏振件上设置有驱动装置，以改变所述第一偏振件的偏振方向与所述第二偏振件的偏振方向的夹角。

7.如权利要求1所述的防眩光拍摄装置，其特征在于，所述拍摄模块包括拍摄镜头和成像组件，所述补光组件包括灯板以及多个LED灯珠，所述灯板贯穿设置有供拍摄镜头穿过的第二避让孔，多个所述LED灯珠安装于所述灯板面对拍摄目标的表面，所述第一偏振件设置于多个所述LED灯珠的出光侧。

8.如权利要求7所述的防眩光拍摄装置，其特征在于，所述补光组件还包括采用透光材料制成的漫射板，所述漫射板设置于多个所述LED灯珠和所述第一偏振件之间，所述漫射板对应贯穿有供所述拍摄镜头显露的通光孔。

9.如权利要求8所述的防眩光拍摄装置，其特征在于，所述补光组件还包括密封圈，所述密封圈设于所述灯板和所述漫射板之间，以将所述灯板和所述漫射板密封连接。

10.如权利要求1至9任一项所述的防眩光拍摄装置，其特征在于，所述防眩光拍摄装置还包括壳体，所述壳体设置有安装腔以及与所述安装腔连通的开口，所述拍摄模块和所述补光组件均安装于所述安装腔内，所述第一偏振件和所述第二偏振件共同封盖所述开口设置。

11.一种建筑机器人，其特征在于，包括如权利要求1至10中任意一项所述的防眩光拍摄装置。

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