CN114651149A - Led矩阵式照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于以均匀强度照亮照明图案的LED矩阵式照明装置（20）。所述LED矩阵式照明装置包括多个LED（22）；每个LED（22）前面的准直透镜（23），用于准直所述LED（22）的光；以及准直透镜（23）前面的光折射元件（24），被布置成使至少第一部分LED（22）的光相比至少第二部分LED（22）以不同的折射角折射。本发明进一步涉及一种机器视觉系统、一种方法和一种计算机程序产品。

Description

LED矩阵式照明装置

技术领域

本发明涉及一种LED矩阵式照明装置，所述LED矩阵式照明装置被布置成在监测目标（例如连续木质纤维幅材）的表面上产生一致且均匀的照明图案。本发明进一步涉及包括至少一个LED矩阵式照明装置的机器视觉系统、利用所述LED矩阵式照明装置的方法以及使系统执行所述方法的计算机程序产品。

背景技术

在连续制造过程中，例如在造纸机、浆板机和纸板机中，材料或产品不断形成并且移动穿过机器。在此类过程中，使用多个相机，例如10到40个相机，来监测过程，以便检测机器的不同部分中的可能偏差或幅材断裂。为了进行成像，必须照亮连续材料幅材。纸幅的移动速度可能超过120千米/小时，并且因此相机必须使用非常短的快门速度时间才能进行定格。因此，移动幅材的图像的质量在很大程度上取决于照明。

如今，LED照明装置也经常用于照亮移动幅材。想法是在幅材的表面提供一致的照明图案。然而，并不总能实现这一点，因为在移动幅材上方（或下方）缺乏空间，并且因此不可能安装与要照亮和监测的纸幅垂直的LED照明装置，而是通常以相对于纸幅30到60度的角度从造纸机的侧面照亮幅材。因此，照明图案可能不一致，且图案的不同部分具有不同亮度。

发明内容

现在已经发明了一种改进的方法和实施所述方法的技术设备。本发明的各个方面包含一种LED矩阵式照明装置，所述LED矩阵式照明装置被布置成在监测目标（例如连续木质纤维幅材）的表面上产生一致且均匀的照明图案。本发明进一步涉及包括至少一个LED矩阵式照明装置的机器视觉系统、利用并控制所述LED矩阵式照明装置的方法以及使系统执行所述方法并控制所述LED矩阵式照明装置的计算机程序产品。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于以均匀强度照亮照明图案的LED矩阵式照明装置。所述LED矩阵式照明装置包括多个LED、每个LED前面的用于准直所述LED的光的准直透镜以及准直透镜前面的光折射元件，所述光折射元件被布置成使至少第一部分所述LED的光相比至少第二部分所述LED以不同的折射角折射。

根据一实施例，所述LED矩阵式照明装置进一步包括LED的至少一个供电电路，并且为所述第一部分LED提供的电流量与为至少所述第二部分LED提供的电流量不同。根据一实施例，所述第一部分LED包括一个LED、LED矩阵的一行LED或所述LED矩阵的一列LED。根据一实施例，所述折射角是基于LED在所述LED矩阵式照明装置中的位置来确定的。根据一实施例，折射角是LED的经准直的光的光学中心轴线与同一LED的经折射的光的光学中心轴线之间的角度。根据一实施例，LED的所述经准直的光的FWHM视角至少与所述折射角之间的差一样大。根据一实施例，为至少一个LED提供的电流是可调节的。根据一实施例，为至少一个LED提供的电流是可基于所捕获的图像中的检测到的强度偏差来调节的。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于检测来自木质纤维幅材的偏差的机器视觉系统，其中所述机器视觉系统包括：根据第一方面和其实施例的LED矩阵式照明装置、至少一个用于捕获所照亮区域的图像的成像装置以及数据处理装置。

根据一实施例，所述数据处理装置被布置成分析图像数据以检测所捕获的图像中的强度偏差。

根据一实施例，所述数据处理装置被布置成基于检测到的强度偏差来调节为至少一个LED提供的电流。

根据本发明的第三方面，提供了一种方法，所述方法包括：获得图像数据；分析图像数据；在所捕获的图像中检测由根据第一方面和其实施例的LED矩阵式照明装置提供的照明图案中的强度偏差；以及调节为所述LED矩阵式照明装置的至少一个LED提供的电流。

根据本发明的第二方面，提供了一种在非暂时性计算机可读介质上实施的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序代码，所述计算机程序代码被配置成当在至少一个处理器上执行时使系统执行包括以下的方法：获得图像数据；分析图像数据；在所捕获的图像中检测由根据第一方面和其实施例的LED矩阵式照明装置提供的照明图案中的强度偏差；以及调节为所述LED矩阵式照明装置的至少一个LED提供的电流。

附图说明

在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的各个实施例，在附图中，

图1a、1b示出了现有技术LED矩阵式照明装置的LED的从上方和从侧面观看得到的光轴；

图1c、1d相应地示出了图1a和1b的LED矩阵式照明装置的LED的视角；

图2a、2b示出了根据一示例实施例的LED矩阵式照明装置的LED的光轴；

图2c、2d相应地示出了图2a和2b的LED矩阵式照明装置的LED的视角；

图3a示出了根据一示例实施例的LED矩阵式照明装置；

图3b示出了图3a的LED矩阵式照明装置的分解视图；

图4示出了根据一示例实施例的包括LED矩阵式照明装置的机器视觉系统；并且

图5示出了根据一示例实施例的包括LED矩阵式照明装置的机器视觉系统。

具体实施方式

在连续制造过程中，例如在造纸机、纤维素机和纸板机中，材料或产品不断形成并且移动穿过机器。可以使用包括多个相机（例如10到40个相机）的机器视觉系统来监测过程的不同部分中的过程。监测可以包括对监测目标（例如移动幅材）的成像、存储图像数据和分析图像数据。相机（即图像传感器）可以是例如CMOS或CCD相机、矩阵相机或线扫相机、黑白相机或彩色相机、普通相机或智能相机或任何合适的相机。

为了对监测目标进行成像，必须照亮监测目标。例如，为了对幅材产品进行成像，必须例如通过宽度与幅材产品的宽度相对应的照明图案或线条来照亮幅材产品。术语“幅材产品”（即“幅材”）在此上下文中是指通过造纸机、纤维素机或纸板机生产的任何类型的木质纤维幅材，而术语“木质纤维”在此上下文中是指任何合适的木质纤维，例如，纸纤维、纤维素纤维或纸板纤维。取决于监测目标和/或监测系统，所使用的光的波长可以在宽光谱内变化，波长可以从紫外（UV）区域到短波红外热区域（SWIR）变化。

如上面已经叙述的，合适的照明可以取决于监测目标，但遍及照在监测目标上的整个图案具有均匀强度的一致的照明图案会为高质量成像提供良好的起点，因为其会提高检测预定的所关注对象（例如幅材产品中的（一个或多个）偏差或（一个或多个）幅材断裂）的概率。照明装置的类型、照明装置的数量、光的方向、照明装置的操作或所使用的照明装置可以取决于被布置成要成像的对象和所使用的（一个或多个）相机的类型。用于照亮监测目标（例如幅材）的照明装置通常包括至少两个、若干个或多个光源，例如，LED。LED需要作为被布置成为LED供电的电子电路（即供电电路）的至少一个LED电路、LED驱动器或电流源电路。通常，一个电子电路为若干个或多个LED供电。供电电路被布置成提供通过（一个或多个）LED的电流，以便LED达到所需或期望的光强度，并且供电电路被布置成限制电流以防止损坏LED。尽管在整个申请中讨论了LED，但还可以使用其它合适的光源来代替LED。

所捕获的图像的图像数据可以由用于对制造过程进行成像的每个相机（例如智能相机）的数据处理装置进行存储和分析，和/或所捕获的图像的图像数据可以被传输到外部数据处理装置以进行存储和分析。外部数据处理装置为不是相机的集成部分的数据处理装置。数据处理装置监测所述数据，以便找到预定的所关注对象。还可以在包括上述两个系统（即具有（一个或多个）集成的数据处理装置的（一个或多个）相机和（一个或多个）外部数据处理装置）的系统中存储和分析图像数据。所有系统、具有集成的数据处理装置的相机、具有外部数据处理装置的相机以及其组合均包括或连接到数据库、用户接口以及去往工厂系统和制造过程的可能接口。

捕获连续制造过程的图像的相机可以是监测幅材断裂的幅材监测系统（WMS）的一部分。幅材监测系统可以将从多个相机接收到的图像数据连续地存储在计算机程序产品的存储器中。这种所存储的图像数据可以用于在发生幅材断裂之后确定纸幅断裂的原因。由于纸幅的移动速度可能超过120千米/小时，因此相机必须使用非常短的快门速度时间才能进行定格。因此，从如此快速移动的幅材捕获的图像的质量在很大程度上取决于照明的均匀强度以及照明在图像区域中的分布方式。

相机还可以是幅材检查系统（WIS）（即监测可能的幅材偏差的事件捕获相机系统）的一部分。术语“幅材偏差”在此上下文中包含可从幅材产品中检测到的任何偏差，例如，幅材产品中的缺陷、孔洞、污点、明显变化、灰点或黑点、条纹、褶皱、气泡或图案。在幅材检查系统中，安装有相机以在纸幅的横向上捕获整个幅材宽度并且存储所捕获的图像数据。所使用的照明可以是例如反射光，或者可以穿过幅材照亮幅材。反射光的角度也可能变化很大，这取决于应寻找的纸幅缺陷。但同样，图像的质量取决于照明的质量。

基于上述内容，照明显然是质量过程监测的重要部分。因此，本发明的想法是提供一种照明装置，所述照明装置提供条件使得从所捕获的图像中检测预定对象尽可能高效。

根据本发明的示例实施例的照明装置是矩阵型发光LED照明装置，即被配置成在监测目标的表面上（例如在幅材产品上）产生遍及所述图案具有均匀发光强度（即亮度）的一致照明图案的LED矩阵式照明装置。LED矩阵式照明装置可以包括底座、LED、至少一个用于LED的供电电路、准直透镜和光折射元件。LED以矩阵的形式布置在底座的表面上，例如通过附接（一个或多个）电路板或其它表面或基板，LED在底座的表面上附接到所述其它表面或基板中。

供电电路被布置成提供通过LED的电流，使得LED以所需或期望强度进行照明。一部分LED的驱动方式可以与至少一其它部分LED的驱动方式不同，即供电电路向一部分LED提供的电流量可以与向至少一其它部分LED提供的电流量不同。还有可能的是，每个LED的驱动方式与其它LED的驱动方式不同，或者LED矩阵的一列LED的驱动方式与LED矩阵的至少一其它列LED的驱动方式不同，或者LED矩阵的一行LED的驱动方式与LED矩阵的至少一其它行LED的驱动方式不同。所提供的电流量可以取决于例如LED在矩阵中的位置，即LED的光束被布置成被引导到（即由光折射元件折射）的位置，即在考虑表面的被其它LED的光位置照亮的部分的情况下，所述LED的光被布置成照亮表面的哪个部分。例如，如果第一部分LED（例如，一列LED）相对于所照亮表面的距离大于至少一其它部分LED（（一个或多个）其它列）相对于所照亮表面的距离，则第一部分LED被折射，使得LED光束的光学中心轴线（在光束由于折射元件而被折射之前）与经折射的LED光束的光学中心轴线之间形成较大的折射角，并且为第一部分LED提供的电流量可以高于为至少一其它部分LED提供的电流，因为更高的电流使这些LED更亮，并且尽管距表面的距离较长，但第一部分LED现在可以与更靠近表面并且以较低电流驱动的所述至少一其它部分LED类似地照亮表面。所提供的电流量可以由集成在LED矩阵式照明装置中的数据处理装置或由外部数据处理装置（例如还分析所捕获的图像的图像数据的数据处理装置）控制，或者用户可以通过配置LED的电流量来控制所提供的电流量。

准直器是一种收集来自LED的光线并将所述光线折射成平行光线的光学元件。准直器可以由抛物面镜或透镜构造而成，并且LED可以定位在其焦点处。可以在每个LED的前面布置准直透镜，即在LED矩阵上附接准直器矩阵，即准直透镜矩阵，以准直来自LED矩阵的LED的输出光。然而，准直透镜可以是LED的集成结构，在这种情况下，LED上不需要单独的准直透镜。LED和准直透镜一起限定LED的视角，即指示从LED源发出的可用光的LED光束角。视角可以通过使用半峰全宽（FWHM）方法来限定，并且可以通过度数来指示。FWHM定义达到50%峰值强度的角度。例如，如果经测量，LED在40°角具有50%强度，则LED的视角（FWHM）将是40°。

光折射元件以附接在LED矩阵上的折射透镜矩阵的形式布置在每个准直透镜的前面，使得每个LED都具有准直透镜和折射透镜，或者光折射元件布置为附接在LED矩阵的所有LED上的单个折射透镜。折射透镜矩阵的透镜可以是例如棱镜，例如菲涅耳棱镜（Fresnelprism），并且单个折射透镜可以是例如形成菲涅耳型透镜或棱镜的薄膜或薄片。光折射元件被布置成将每个经准直的LED光束的中心光学轴线从经准直的LED光的光学中心轴线向外递增地引导，即折射。折射元件被配置成将LED的光束引导到更宽的区域，使得折射元件不会将光引导到监测目标的表面上的同一区域，或者使得表面上的被照亮区域重叠很少。非重叠光束（即经折射的光束）能够在监测目标的表面上形成遍及照明图案具有均匀发光强度（即亮度）的一致照明图案，因为提供给LED的电流是受控的，并且因为电流控制对被照亮区域的强度有影响。如果光束重叠，则LED的电流控制对照明图案没有影响，或者至少不如每个LED照亮照明图案中的其自己的区域时那么高效，因为同一区域由若干个LED照亮。

图1a示出了现有技术LED矩阵式照明装置10的LED 12的从上方观看得到的光轴14，即示出了LED矩阵式照明装置10的水平光轴。LED矩阵式照明装置10包括底座11、LED矩阵和准直器矩阵。LED矩阵的大小为9 * 4，即，LED矩阵式照明装置10的LED矩阵中有36个LED 12。矩阵式照明装置的LED 12的电子电路布置在底座11中。准直器矩阵布置在LED 12上并且其大小也为9 * 4。准直器矩阵的每个准直器透镜13是收集来自LED 12的光线并且将所述光线折射成被示出为光轴14的平行光线的光学元件。图1b示出了现有技术LED矩阵10的LED 12的从侧面观看得到的光轴14，即示出了LED 12的竖直光轴。如从图1a和1b可以看到的，每个光轴14从LED 12直线延伸，即所述光轴未被折射。

图1c示出了图1a的LED矩阵式照明装置10的LED 12的从上方观看得到的视角，并且图1d示出了图1b的LED矩阵式照明装置10的LED 12的从侧面观看得到的视角。LED 12的视角15具有圆锥形状；起初，所述视角具有狭窄形状，所述狭窄形状随着光延伸远离LED 12而变宽。LED 12的半峰全宽（FWHM）视角为40度。为了从幅材的侧面在整个幅材之上实现一致的照明图案，照明装置的每个LED的FWHM（半峰全宽）视角必须很宽，例如为20度到60度。

中间LED 12的视角15通过线条图案指示。由于LED的光轴14是直的并且平行延伸，所以当实现与LED相距一定距离时，LED 12的视角重叠，并且因此表面16上所形成的照明图案具有不均匀的发光强度；照明图案的中心区域由若干个LED 12（在此实施例中为所有LED）照亮，并且图案的最外面部分仅由一个LED产生的光照亮。因此，所照亮的线条或图案的中心区域比边缘区域亮，并且纸幅的不同部分以不同的强度照亮，这取决于例如所述部分距照明图案的中心的距离；在照明图案的中心附近有亮光，但照明图案的边缘区域的光量较低。此外，即使对此现有技术照明装置10的LED电流进行调节（情况并非如此），但对LED功率的控制对所形成的图案没有太大影响，因为同一区域由若干个LED照亮。

图2a示出了根据本发明的一示例实施例的在LED 22的光已经穿过准直透镜23和光折射元件24之后LED矩阵式照明装置20的LED 22的光束的从上方观看得到的光学中心轴线25，即，示出了经准直和折射的LED光束的水平光学中心轴线25。图2b示出了从侧面观看得到的那些光学中心轴线25，即示出了LED 22的经准直和折射的LED光束的竖直光学中心轴线23。LED矩阵式照明装置20包括底座21、LED 22、准直透镜23和光折射元件24。在此实施例中，LED矩阵的大小为9 * 4（列 * 行），但所述大小还可以更小或更大。在一些实施例中，列的数量可以是例如1到25，并且行的数量可以是例如1到25或者任何其它合适的数量。在最小矩阵中，数量可以是2，即矩阵是2 * 1。LED 22可以例如附接到（一个或多个）电路板上或者附接在底座21上的一些其它基板上。

底座21内部可以有LED 22的至少一个供电电路和其它可能的电子电路，或者LED22的至少一个供电电路可以是LED 22的外部供电电路，该外部供电电路电连接到LED 22。所述至少一个供电电路被布置成对LED 22供电，使得每个LED 22以为所述LED限定的所需或期望强度进行照明。由至少一个供电电路提供的电流量可以由集成在LED矩阵式照明装置20中的数据处理装置或者由外部数据处理装置（未示出）控制和/或确定。

在每个LED 22的前面布置有准直透镜23，即在LED矩阵上附接有准直透镜23矩阵，即准直器矩阵，以准直LED的输出光。LED和准直透镜一起限定LED（即由每个LED 22提供的光束）的FWHM视角，并且视角可以用度数指示，如上所解释的。应注意，经准直的LED光束的中心轴线对应于尚未穿过准直透镜的LED光的中心轴线。

光折射元件24布置在每个准直透镜23（和LED 22）的前面。在此实施例中，光折射元件24是附接在LED矩阵的所有LED 22和准直透镜23的矩阵的准直透镜23前面的单个折射薄膜。光折射元件24还可以是附接在准直透镜23的矩阵上的折射透镜/薄膜矩阵。光折射元件24被布置成将经准直的LED光束的中心光轴从经准直的LED光的中心轴线（以及LED矩阵式照明装置20的中心）向外递增地引导，使得在经准直的LED光束的中心光轴与经折射的LED光束的中心轴线25之间形成折射角。折射角是基于LED 22在LED矩阵式照明装置20中的位置来确定的。例如，如果LED 22被布置成照亮较远区域，则其折射角大于被布置成照亮较近区域的LED的折射角，使得较远区域可以被照亮。在将图2a和2b的LED 22的经折射的LED光束的光轴25与图1a和1b中示出的LED 12的未经折射的LED光束的光轴14进行比较时，可以从图2a和2b中看到这种折射。光折射元件24被布置成易于改变。这是因为由光折射元件24引起的所需折射角的大小取决于LED距要照亮的表面的距离，即距监测目标的表面的距离，并且如果LED矩阵式照明装置相对于目标表面27的位置改变，则所述距离可能会改变。可以通过不同种类的光折射元件实现不同的折射角。折射角可以例如介于5°与10°之间。

图2c示出了图2a的LED矩阵式照明装置20的LED 22的视角26，并且图2d示出了图2b的LED矩阵式照明装置20的LED 22的视角26。LED 22的视角26具有圆锥形状；起初，在LED附近，所述视角具有狭窄形状，并且随着光延伸远离LED 22，所述视角变宽。在图2c和2d中示出了经折射的LED光束的一条中心轴线25。

图2c和2d中的每个LED 22的视角26通过不同的格子图案指示。由于LED 22的光束的中心光轴25是直的并且通过光折射元件24向外折射，因此LED 22的视角26在其到达目标表面27时不重叠，并且因此照明图案的每个部分仅由一个LED 22照亮，并且因为每个LED、每列LED或每行LED可以单独供电以提供期望强度，所以表面27上所形成的照明图案可以具有均匀的发光强度。此外，对LED、一列LED或一行LED的功率的控制对目标表面27上所形成的图案的强度有明显的影响，因为LED 22的视角26在其到达目标表面27时不重叠，并且因此照明图案的每个部分由一个LED 22照亮。

在此示例实施例中，每个LED 22的FWHM视角在竖直方向和水平方向两者上均为10度。一般而言，在根据本发明的实施例的LED矩阵式照明装置中，LED的光束的FWHM视角被限定为至少与两个相邻LED的光轴的折射角之间的差一样大。相邻LED的光轴的折射角之间存在差，因为光折射元件取决于LED在LED矩阵中的位置并且因此还取决于距监测目标的距离而将经准直的LED光束的中心光轴例如从经准直的LED光的光学中心轴线和照明装置的中心不同地向外递增地引导至侧面，使得每个LED将照明图案的不同部分照亮，即视角不重叠。然而，如果LED的光束的FWHM视角较大，例如20度或更大，则照明图案的调节精度可能会降低，即通过LED的功率控制执行的强度调节可能不是如此准确。

图3a示出了根据一示例实施例的LED矩阵式照明装置30。LED矩阵式照明装置30包括主体31、LED 32的矩阵、准直透镜33的矩阵和光折射元件34的矩阵。LED 32例如如此或通过使用被布置成附接在主体31上的单独表面而布置在主体31上。主体31进一步包括被布置成为（一个或多个）LED供电的电子电路35，但主体还可以包括数据处理装置，所述数据处理装置包括至少一个处理器、包含用于一个或多个程序单元的计算机程序代码的至少一个存储器以及用于无线地或者通过有线连接从机器视觉系统的数据处理装置或其它外部数据处理装置接收如何为LED供电的配置信息的构件，例如，接收器或收发器。准直透镜矩阵的准直透镜33布置在LED矩阵的每个LED 32的前面。光折射元件矩阵的光折射元件34布置在每个准直透镜33的前面，在准直透镜33的不同于LED 32一侧的另一侧，以便使LED 32的经准直的光在横向方向上从LED 32的经准直的LED光37的光学中心轴线折射。经折射的光的光学中心轴线在图3b中用附图标记38指示。LED矩阵式照明元件30连接到电源。一个或多个光折射元件34的折射性质可以不同于其它光折射元件34的折射性质，即一个或多个光折射元件34与其它光折射元件相比可以具有不同的折射性质，因为是否需要使经准直的光37的光学中心轴线折射取决于LED 32（和光折射元件34）距被布置成被照亮的表面的目标/区域的距离。如果仅有一个光折射元件34而不是光折射元件34矩阵，则元件内部的折射性质可能变化。

由于准直透镜33和折射元件34，LED矩阵式照明装置30照亮成像目标，使得光一致地照亮成像目标。然而，为了进行成像，被照亮图案的强度还必须是均匀的，并且因此由电子电路35提供给第一部分LED的电流量不同于提供给至少第二部分LED的电流量。所提供的电流量取决于例如LED在照明装置的LED矩阵中的安置，并且因此还取决于LED的光学中心轴线（折射前）与经折射的LED光束的光学中心轴线之间的角度，而且取决于照明角度，即照明装置被定位成距成像目标有多远。

图3b示出了图3a的LED矩阵式照明装置30的分解视图。图32中示出了来自LED的光线36和经准直的LED光37的光轴和经折射的LED光38的光学中心轴线。还示出了经准直的LED光37的光学中心轴线与经折射的LED光38的光学中心轴线之间的折射角39。

图4示出了根据一实施例的结合作为目标对象的移动纸幅43公开的WMS或WIS机器视觉系统40。幅材43的移动方向朝向图像，远离图像的观看者。机器视觉系统40包括相机41、根据本发明的一实施例的LED矩阵式照明装置44和数据处理装置42。相机41被布置成从被照亮的纸幅43捕获图像，并且将每个图像的数据传输到数据处理装置42。LED矩阵式照明装置44是单独的照明装置，但是照明装置44还可以是相机41的集成部分。

数据处理装置42被配置成分析由相机41捕获和传输的接收到的图像数据，以便找到幅材43中的偏差。数据处理装置42可以进一步分析图像中的照明图案46。如果数据处理装置42从图像数据中检测到图案46没有遍及图案的均匀发光强度，则数据处理装置可以重新配置LED矩阵式照明装置44的电子电路，使得提供给一个或多个LED的电流量改变，并且照明图案的强度变得遍及所述图案恒定，并且可以跨幅材的整个宽度更准确地检测幅材43中的偏差。

数据处理装置42可以控制LED的功率，例如使得为第一部分LED提供的电流量不同于为至少第二部分LED提供的电流量。所提供的电流量可以再次取决于例如LED在照明装置44的LED矩阵中的安置，即取决于折射角，并且因此还取决于LED距纸幅43的LED被配置成照亮的部分的距离。因此，根据本发明的一实施例并且包括单独或分组地调节电源的LED的LED矩阵式照明装置44被布置成照亮纸幅43（或其它幅材），以便通过具有均匀强度的照明图案46（例如具有均匀强度的照明线条）进行成像。

照明角度是LED矩阵式照明装置44的水平中心轴线与幅材43的表面之间的角度。在此实施例中，所述角度为45度，即45°，但所述角度还可以更大或更小，并且所述角度可以取决于为照明装置44布置的空间，或者例如取决于被布置成被照亮的照明图案的宽度。

数据处理装置42包括：至少一个处理器；至少一个存储器，包含用于一个或多个程序单元的计算机程序代码；和用于无线地或者通过有线连接从相机41接收图像数据的构件，例如接收器或收发器；以及用于无线地或者通过有线连接传输触发信号的构件，例如，传输器或收发器。可以存在多个处理器（例如，通用处理器和图形处理器以及DSP处理器）和/或多个不同的存储器，例如，用于在运行时间存储数据和程序的易失性存储器和诸如用于永久存储数据和程序的硬盘之类的非易失性存储器。数据处理装置42是外部数据处理装置，并且所述数据处理装置可以是适合于处理图像数据并且可能还确定或控制为LED提供的电流的任何计算装置，诸如计算机。数据处理装置42通过信号线或者无线地与相机41和照明装置44进行电子通信。相机41还可以包含视频控制器和音频控制器，视频控制器和音频控制器用于生成可以用计算机配件为用户产生的信号。相机41可以通过输出构件向用户产生输出。视频控制器可以连接到显示器。显示器可以是例如平板显示器或用于产生更大图像的投影仪。音频控制器可以连接到声源，诸如扬声器或耳机。相机44还可以包含声学传感器，诸如麦克风。

图5示出了本发明的一实施例，其中根据一实施例的WMS或WIS机器视觉系统50被布置成监测移动幅材57。机器视觉系统50包括两个根据本发明的一实施例的LED矩阵式照明装置58、59和两个包括图像传感器52、55和数据处理装置53、56的智能相机51、54。LED矩阵式照明装置58、59还可以是智能相机51、54的集成部分。LED矩阵式照明装置58、59以40度的照明角度照亮可移动幅材57，并且LED矩阵式照明装置59以50度的照明角度照亮可移动幅材57。LED矩阵式照明装置58、59定位于侧面，但从图5不能清楚地看出，即所述LED矩阵式照明装置照亮所述图案，使得所述LED矩阵式照明装置被定位成远离被照亮图案的对称轴。图像传感器52、55被布置成从可移动幅材57捕获图像，并且将图像数据传输到智能相机51、54的数据处理装置53、56。

数据处理装置53、56可以包括与数据处理装置42类似的结构和功能。

图像传感器52、55被布置成捕获幅材57的图像，并且LED矩阵式照明装置58、59通过幅材57的表面上的照明图案58a、59a照亮幅材57。图案58a、59a延伸幅材57的整个宽度。然而，图案还有可能变窄并且延伸幅材57的整个宽度。

本发明的各个实施例可以借助存在于存储器中并使设备执行本发明的计算机程序代码来实施。例如，作为计算装置（例如数据处理装置）的设备可以包括用于分析、接收和传输数据的电路和电子装置、存储器中的计算机程序代码以及在运行计算机程序代码时使设备执行实施例的特征的处理器。

当与现有LED矩阵式照明装置或包括至少LED矩阵式照明装置的机器视觉系统的方法和系统相比时，本发明实现了相当大的优势。通过根据本发明的装置，可以将LED矩阵式照明装置放置在要照亮的幅材或其它目标的侧面，并且仍然以一致的强度照亮整个图案，这是因为LED矩阵式照明装置在准直透镜和LED前面（即，在准直透镜的不同于LED一侧的另一侧）具有光折射元件，所述光折射元件使LED光束的光学中心轴线在某一方向上折射，使得由LED照亮的区域不会重叠或仅轻微重叠，并且因为LED的功率可以单独或分组控制，使得每个LED均以相同或基本相同的强度照亮目标。

显然，本发明不仅仅限于上述实施例，而是可以在所附权利要求的范围内对本发明进行修改。

Claims (11)

1.一种用于以均匀强度照亮照明图案的LED矩阵式照明装置（20），所述LED矩阵式照明装置（20）包括：多个LED（22）；每个LED（22）前面的准直透镜（23），用于准直所述LED（22）的光；以及准直透镜（23）前面的光折射元件（24），被布置成使至少第一部分LED（22）的光相比至少第二部分LED（22）以不同的折射角（39）折射，并且其中为至少一个LED（22）提供的电流能基于所捕获的图像中的检测到的强度偏差来进行调节。

2.根据权利要求1所述的LED矩阵式照明装置（20），其中所述LED矩阵式照明装置（20）进一步包括LED（22）的至少一个供电电路（35），并且为所述第一部分LED（22）提供的电流量与为至少所述第二部分LED（22）提供的电流量不同。

3.根据权利要求1或2所述的LED矩阵式照明装置（20），其中所述第一部分LED（22）包括一个LED（22）、LED矩阵的一行LED（22）或所述LED矩阵的一列LED（22）。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的LED矩阵式照明装置（20），其中所述折射角（39）是基于LED（22）在所述LED矩阵式照明装置（20）中的位置来确定的。

5.根据前述权利要求中任一项所述的LED矩阵式照明装置（20），其中

折射角（39）是LED的经准直的光（37）的光学中心轴线与同一LED（22）的经折射的光（38）的光学中心轴线之间的角度。

6.根据前述权利要求中任一项所述的LED矩阵式照明装置（20），其中LED的所述经准直的光（37）的FWHM视角（26）至少与所述折射角（39）之间的差一样大。

7.根据前述权利要求中任一项所述的LED矩阵式照明装置（20），其中为至少一个LED提供的电流是可调节的。

8.一种用于检测来自木质纤维幅材的偏差的机器视觉系统（40），其中所述机器视觉系统（40）包括：

根据权利要求1到7中任一项所述的LED矩阵式照明装置（20）；

用于捕获被照亮区域的图像的至少一个成像装置（41）；以及

数据处理装置（42）。

9.根据权利要求8所述的机器视觉系统（40），其中所述数据处理装置（42）被布置成分析图像数据以检测所捕获的图像中的强度偏差。

10.一种方法，其包括：

获得图像数据；

分析图像数据；

在所捕获的图像中检测由根据权利要求1到7中任一项所述的LED矩阵式照明装置（20）提供的照明图案中的强度偏差；以及

基于在所捕获的图像中检测到的强度偏差调节为所述LED矩阵式照明装置（20）的至少一个LED（22）提供的电流。

11.一种在非暂时性计算机可读介质上实施的计算机程序产品，包括计算机程序代码，所述计算机程序代码被配置成当在至少一个处理器上执行时使系统执行包括以下的方法：

获得图像数据；

分析图像数据；

在所捕获的图像中检测由根据权利要求1到7中任一项所述的LED矩阵式照明装置（20）提供的照明图案中的强度偏差；以及

基于在所捕获的图像中检测到的强度偏差调节为所述LED矩阵式照明装置（20）的至少一个LED（22）提供的电流。

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