CN114827591B - 一种应用于光源相机系统的综合测定评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于光源相机系统的综合测定评价方法，该方法包括：构建系统测试样本库、构建系统性能评估函数、将目标系统分别在不同物理量上的观察量代入至系统性能评估函数，得到目标系统的性能评估结果。该综合测定评价方法及系统利用核估计以核密度估计方法为核心对系统在运行过程中的物理量进行数理分析，并最终以系统性能评估函数评估系统性能，用户可根据不同的性能偏向构建合适的系统测试样品库并对不同物理量在系统性能评估函数进行偏向性的加权，以得到满足实际筛选需求的系统性能评估函数，实际实施中可基于该方法快速对系统的性能进行筛选，从而满足实践需求。

Description

一种应用于光源相机系统的综合测定评价方法

技术领域

本发明涉及到产品筛选领域，具体涉及到一种应用于光源相机系统的综合测定评价方法。

背景技术

由于大功率的光源不能常亮，因此，通过单片机控制光源和相机的联动运行是生产活动中常用的实施手段，单片机可通过输出高电平信号的方式触发光源的点亮以及相机的快门启动，从而供相机获得理想的照片信息。

在高要求的生产活动中，单片机、光源和相机三者组成的系统在性能上具有不同的偏向。例如，有的生产活动要求光源的启动和相机的快门启动具有严格的同步性，有的生产活动要求光源的照明质量和相机的色彩有严格的性能要求，有的生产活动要求光源的点亮时间与相机的快门时间之间具有良好的配合性等，由于涉及到了多客体，根据不同的性能取向，目前业内很难有一个统一的标准或函数对系统的相关性能进行评价，这不利于建立数字化标准。

发明内容

为了评价光源相机系统的性能，本发明提供了一种应用于光源相机系统的综合测定评价方法，利用核估计并以核密度估计方法为核心对系统在运行过程中的物理量进行观察并通过数理分析的方式，以系统性能评估函数评估目标系统的性能，用户可根据不同的性能偏向构建合适的系统测试样品库并对不同物理量在系统性能评估函数进行偏向性的加权，以得到满足实际筛选需求的系统性能评估函数，实际实施中可基于该方法快速对系统的性能进行筛选，从而满足实践需求。

相应的，本发明提供了一种应用于光源相机系统的综合测定评价方法，应用于光源相机系统，所述光源相机系统包括单片机、光源及相机，所述综合测定评价方法包括：

构建系统测试样本库，所述系统测试样本库包括r组系统测试样本

R_a表示第a系统的系统测试样本，a＝1,2,…,r，P₁,P₂,…,P_b分别为b个物理量，

为a系统在一次动作过程中分别在P₁,P₂,…,P_b物理量上的观察量，所述一次动作过程为所述单片机根据预设程序控制光源的点亮和相机的运行，所述物理量为所述系统在一次动作过程中可供观察并测定的对象；

构建系统性能评估函数

其中，

为目标系统分别在P₁,P₂,…,P_b物理量上的观察量，C_q为第q个物理量的权重，

为第q个物理量的核密度估计函数，K_q(·)为第q个物理量的核函数，h_q为窗宽；

基于所述系统测试样本库确认所述b个物理量中的每一个物理量上的核密度估计；

驱动目标系统执行所述一次动作过程，将目标系统分别在P₁,P₂,…,P_b物理量上的观察量

代入至所述系统性能评估函数，得出所述目标系统的性能评估结果

可选的实施方式，所述单片机根据预设程序控制光源的点亮和相机的运行包括：

单片机根据预设程序发送第一控制指令至光源，并根据预设程序发送第二控制指令至相机；

光源在接收到所述第一控制指令后点亮并维持第一预设时间，目标区域被照亮；

相机接收到所述第二控制指令后快门动作并维持第二预设时间，所述相机接收所述目标区域的图像信息；

所述目标区域划分为m个子区域。

可选的实施方式，所述b个物理量包括光强物理量，所述光强物理量的观察量为光强变化矩阵I^a，所述光强变化矩阵I^a包括第a系统在一次动作过程中第d个空间区域在第u时刻的光强值

所述光强变化矩阵

其中，d＝1,2,…,m，u＝1,2,…,n，n为一次动作过程中光强值的获取数量。

可选的实施方式，所述光强值的测定方法包括：

基于高速相机对所述目标区域进行拍摄并获取若干幅测试图像；

提取对应于第u时刻的测试图像，并从所述测试图像中选取第d个空间区域的光强评价值作为光强值

可选的实施方式，所述b个物理量包括色彩物理量，所述色彩物理量的观察量为色彩变化矩阵W^a，所述色彩变化矩阵W^a包括第a系统在一次动作过程中第d个空间区域在第u时刻的色彩值

所述色彩变化矩阵

其中，d＝1,2,…,m，u＝1,2,…,n，n为一次动作过程中色彩值的获取数量。

可选的实施方式，根据相机的分辨率和目标区域的大小之间的比例关系，将所述相机获取的图像信息划分为m个子区域；

每一个子区域中的所有像素的色彩值平均值为所述子区域的色彩值w_du。

可选的实施方式，所述色彩物理量包括色相、纯度和明度。

可选的实施方式，所述预设程序包括：

基于单片机同步输出第一信号和第二信号，其中，第一信号包括时长为L1的高电平信号，第二信号包括依次设置的时长为L2的高电平信号和时长为L3的低电平信号，其中，L1＝L2+L3；

第一信号分别沿光源控制线和第一控制线输出，第二信号沿第二控制线输出；

在第一控制线的末端和第二控制线的末端接收所述第一信号和所述第二信号，并对所述第一信号和所述第二信号进行异或运算后输出第三信号，所述第三信号沿相机控制线输出；

所述相机控制线输出的第三信号为用于控制相机的第二控制指令；

所述光源控制线输出的第一信号为用于控制光源的第一控制指令。

可选的实施方式，还包括：

基于所述目标系统的性能评估结果

与预设阈值的大小对比，确认所述目标系统是否合格。

本发明提供了一种应用于光源相机系统的综合测定评价方法，利用核估计以核密度估计方法为核心对系统在运行过程中的可观察到的宏观物理量进行观察并获取数据，通过数理分析的方式以系统性能评估函数评估目标系统性能，用户可根据不同的性能偏向构建合适的系统测试样品库并对不同物理量在系统性能评估函数进行偏向性的加权，以得到满足实际筛选需求的系统性能评估函数，实际实施中可基于该方法快速对系统的性能进行筛选，从而满足实践需求。

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获得其它的附图。

图1为本发明实施例的光源相机系统的结构示意图。

图2为本发明实施例的光源相机系统的信号图。

图3为本发明实施例的应用于光源相机系统的综合测定评价方法流程图。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例的光源相机系统的结构示意图。

最简单的光源相机系统包括单片机、光源及相机，单片机用于控制光源和相机的启动，具体的，在一次动作过程中，所述单片机根据预设程序控制光源的点亮和相机的运行。具体的，由于本发明实施例的综合测定评价方法主要是由系统若干次独立的运行动作组成的，可行的，每一个运行动作实际为一次预设程序的执行，在本发明实施例中，所述预设程序包括：

基于单片机同步输出第一信号和第二信号，其中，第一信号包括时长为L1的高电平信号，第二信号包括依次设置的时长为L2的高电平信号和时长为L3的低电平信号，其中，L1＝L2+L3；

第一信号分别沿光源控制线和第一控制线输出，第二信号沿第二控制线输出；

在第一控制线的末端和第二控制线的末端接收所述第一信号和所述第二信号，并对所述第一信号和所述第二信号进行异或运算后输出第三信号，所述第三信号沿相机控制线输出；

所述相机控制线输出的第三信号为用于控制相机的第二控制指令；

所述光源控制线输出的第一信号为用于控制光源的第一控制指令。

参照图2所示的本发明实施例的光源相机系统的信号图，第一信号和第二信号为同时刻开始不同时刻结束的输出信号，理论状态下信号沿的变化是瞬间的，但是在实际实施中信号沿的变化是具有一定的时间过程的；第一信号和第二信号的同步启动可保证信号沿的变化是雷同的，表征着第一信号和第二信号的启动是同步的，相应的，第三信号的变化也是同步的；在L2结束时刻，下降沿的变化会在下降沿的中间部分使第三信号发生变化，而这时候，第三信号的上升沿则是接近于理想状态的瞬间，不会产生过多的抖动，该信号使得相机的快门能够稳定的启动。

图3示出了本发明实施例的应用于光源相机系统的综合测定评价方法流程图。

在前述光源相机系统的组成基础上，本发明实施例提供了一种应用于光源相机系统的综合测定评价方法，所述综合测定评价方法包括：

S101：构建系统测试样本库。

所述系统测试样本库包括r组系统测试样本

R_a表示第a系统的系统测试样本，a＝1,2,…,r，P₁,P₂,…,P_b分别为b个物理量，

为a系统在一次动作过程中分别在P₁,P₂,…,P_b物理量上的观察量，这里的第a系统即第a光源相机系统；

具体的，关于所述物理量的描述，在光源相机系统运行过程中，存在着各方面可感知的参数，在本发明实施例中，光源相机系统的主要用途是基于光源对待观察物进行观察，然后利用相机进行待观察物的图像的捕抓，相对应的，在该过程中涉及到的物理量包括光源在点亮时光在空间区域上的分布情况、相机拍摄图像时得到的图像信息等物理量，具体的，光源和相机也并非简单意义上的一个独立的个体，光源由发光芯片、透镜等部件组成，相机由CMOS、镜头等部件组成，不同系统中的同一个零件之间都具有个体差异性，在高要求的生产活动中，多个个体的差异性的组合在整体上会产生不可预估的变化，对于光源相机的最终目的(获得图像)而言，图像中的每一个像素都可能受到不同部件的影响。本发明实施例所要解决的技术问题则是从可观察的物理量导出整个光源相机系统在特定性能偏向下的性能评估，从而使得光源相机系统能拥有可量化的评估方式。

具体的，对于构建系统测试样本库包括r组系统测试样本的来源都是满足性能取向的电源相机系统，由于涉及到了很大一部分不可以评价的数据的组合，因此，这就不能直接从结构细节等直观参数本身导出所需的评估函数，这也是本发明实施例需要采用观察量的形式构建评价函数的原因。

具体的，在本发明实施例中所采用的物理量主要包括目标区域的光强物理量和相机针对目标区域所拍摄的图像得到的色彩物理量。

具体的，根据预设程序的设定确立各参数的具体形式，在本发明实施例中，所述单片机根据预设程序控制光源的点亮和相机的运行包括：

单片机根据预设程序发送第一控制指令至光源，并根据预设程序发送第二控制指令至相机；

光源在接收到所述第一控制指令后点亮并维持第一预设时间，目标区域被照亮；

相机接收到所述第二控制指令后快门动作并维持第二预设时间，所述相机接收所述目标区域的图像信息；

所述目标区域划分为m个子区域。

在此基础上，所述b个物理量包括光强物理量，所述光强物理量的观察量为光强变化矩阵I^a，所述光强变化矩阵I^a包括第a系统在一次动作过程中第d个空间区域在第u时刻的光强值

所述光强变化矩阵

其中，d＝1,2,…,m，u＝1,2,…,n，n为一次动作过程中光强值的获取数量。

所述光强值的测定方法包括：

基于高速相机对所述目标区域进行拍摄并获取若干幅测试图像；

提取对应于第u时刻的测试图像，并从所述测试图像中选取第d个空间区域的光强评价值作为光强值

具体的，利用高速相机获取的测试图像对光强值进行标定的逻辑是建立在，所有的测试均采用同一款高速相机，相应的，标定的光强值具有一个统一的衡量标准，其实际值与高速相机所标定的光强值本质上是相关联的，通过一定的测定手段进行同样的误差补偿，既可以解决光强评价值与实际光强值的差异性问题。

即使高速相机在每一个区域(像素)上可能都存在性能差异，但在不同的系统应用中，始终保持这高速相机的不变性(位置不变性以及不更换高速相机)，即每一个区域(像素)都具有统一的一个衡量标准，不会影响最终的实验结果。

所述b个物理量包括色彩物理量，所述色彩物理量的观察量为色彩变化矩阵W^a，所述色彩变化矩阵W^a包括第a系统在一次动作过程中第d个空间区域在第u时刻的色彩值

所述色彩变化矩阵

其中，d＝1,2,…,m，u＝1,2,…,n，n为为一次动作过程中色彩值的获取数量。

可选的实施方式，根据相机的分辨率和目标区域的大小之间的比例关系，将所述相机获取的图像信息划分为m个子区域；

每一个子区域中的所有像素的色彩值平均值为所述子区域的色彩值

具体的，色彩三要素分别为色相、纯度和明度，三者的统一即为色彩，实际实施中，可将前述色彩变化矩阵拆分为色相变化矩阵、纯度变化矩阵和明度变化矩阵的加权组合形式，即把色相、纯度和明度当做三个独立的物理量进行观察，根据性能的取向进行加权；例如，有的光源相机系统追求的是色相的准确性，有的光源相机系统追求的是明度的准确性，通过该实施方式，可更细致的对性能的取向进行锚定，筛选出更符合需求的光源相机系统。

S102：构建系统性能评估函数

其中，

为目标系统分别在P₁,P₂,…,P_b物理量上的观察量，C_q为第q个物理量的权重，

为第q个物理量的核密度估计函数，K_q(·)为第q个物理量的核函数，h_q为窗宽。

在密度函数中，直方图被广泛应用的。根据统计生成的直方图，能够预估出数值落在某个区间中的比例(密度)。直方图的特点是简单易懂，但缺点在于以下三个方面：真实密度函数是不平滑的；密度函数受子区间(即每个直方体)宽度影响很大，同样的原始数据如果取不同的子区间范围，那么展示的结果可能是完全不同的；直方图只能展示二维数据。

相应的，核密度函数可认为是对直方图的一种功能扩展函数，以使其能更贴近真实世界的密度函数以及扩大其应用范围。

首先，在知道某一事物的概率分布的情况下，如果某一个数在观察中出现了，可以认为这个数的概率密度很大，和这个数比较近的数的概率密度也会比较大，而远离这个数较远的数的概率密度会比较小(近大远小规律)。

基于该思想，核函数K_q(·)主要用于以数字化的形式表征所述近大远小规律，以估计的方式对概率分布曲线进行过模拟。

核密度估计则是在该单个核函数的基础上，通过多个核函数的叠加得到的函数。

相对应的，在本发明实施例中，对于核密度估计函数的感性认知可理解为，构件测试样本的系统都是满足性能偏向要求的，若目标系统的概率密度较低，表明有较大的概率该目标系统距离(的性能)与测试样本群的系统(的性能)差距较大，有较小的概率该目标系统距离(的性能)与测试样本群的系统(的性能)差距较小。

S103：基于所述系统测试样本库确认所述b个物理量中的每一个物理量上的核密度估计；

具体的，对于性能的评估涉及到多方面的物理量评估，根据物理量的重要性，以权重C_q进行加权，使得最终的评价数据满足偏向性需求。

具体的，以下以光强物理量的核密度估计为例进行说明。

光强物理量的核密度估计

光强物理量的核密度估计计算公式为

其中，r为系统样本数量，K₁(·)为核函数，h₁为窗宽，Tⁱ为第i个系统样本的光强变化矩阵。

具体的，根据拟合效果，选择合适的核函数(均匀核、高斯核、三角形核、指数核)，并采用交叉核实法确定窗宽。

具体的，每一个

(

可提到该公式前)可理解为，在特定的核函数下以及特定的窗宽条件下，以系统测试样本的光强测试数据为基准，目标系统的光强测试数据的概率密度。

若目标系统的光强测试数据的值与系统测试样本的光强测试数据的值较接近，则目标系统的光强测试数据的概率密度较大；反之，则目标系统的光强测试数据的概率密度较小。

其中，从另一方向而言，若目标系统的性能能够满足需求，则其各个维度的表现数据理应与现有的测试系统样本较为接近，具体表征为其数据落在高密度区域的概率较大，落于低密度区域的概率较小；概率密度即是用于根据目标系统所具有的物理量的观察数据，估算出其概率密度，可反映出其与现有测试系统样本之间的一致性关系。

S104：将目标系统分别在P₁,P₂,…,P_b物理量上的观察量

代入至所述系统性能评估函数，得出所述目标系统的性能评估结果

驱动所述目标系统执行一次运行程序，获得相应的数据后代入系统性能评估函数，需要说明的是，由于如高斯函数之类的核函数是类似于正态分布曲线的，系统性能评估结果的值越小，可表征为目标系统的性能与大部分的系统的性能不一致，其中存在两种可能性，其中一种可能性为目标系统的质量很好，另外一种可能性为目标系统的质量较差，对于生产产品而言，以上两种可能性的系统产品的占比数量都是极少的，因此，将两种情况所涉及的系统产品一并剔除，可保证检测的准确率。至于如何从剔除的产品中区分良品和次品，并不在本发明实施例的讨论范围内。

S105：基于所述目标系统的性能评估结果

与预设阈值的大小对比，确认所述目标系统是否合格。

具体的，预设阈值即为用户需要进行筛选的参数指标，由于测试样品是存在倾向性的，相应的，当目标系统的性能评估结果大于预设阈值时，表明产品能够与一定比例的测试样品具有很好的性能拟合性，通过权重的控制以及物理量的选择，用户可针对性的筛选出所着重关心的参数的拟合性。

需要说明的是，筛选出来的产品主要强调性能与测试样本性能接近的概率，而不是直接评估光源相机系统本身，实际操作中，筛选得到的系统还是会存在极低的概率是不良品(不能实际满足性能要求)，不过该概率极低，本发明实施例不另外进行讨论。

相应的，本发明还提供了一种应用于光源相机系统的综合测定评价系统，用于实现所述的综合测定评价方法。

具体的，根据前述的综合测定评价方法，本发明实施例的综合测定评价系统包括：

用于执行相关运算逻辑的运算硬件，如微机系统等；

用于针对于各物理量进行观察的设备，设备将观察数据发送至所述运算硬件，在本发明实施例中，特殊的，光源相机系统自身中的相机需要导出图像至所述运算硬件上。

本发明提供了一种应用于光源相机系统的综合测定评价方法及系统，利用核估计以核密度估计方法为核心对系统在运行过程中的表征物理量进行数据获取和数理分析，并最终以系统性能评估函数评估系统性能，用户可根据不同的性能偏向构建合适的系统测试样品库并对不同物理量在系统性能评估函数进行偏向性的加权，以得到满足实际筛选需求的系统性能评估函数，可对光源相机系统进行参数化的评估，实际实施中可基于该方法快速对系统的性能进行筛选，从而满足实践需求。

以上对本发明实施例所提供的一种应用于光源相机系统的综合测定评价方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种应用于光源相机系统的综合测定评价方法，其特征在于，应用于光源相机系统，所述光源相机系统包括单片机、光源及相机，所述综合测定评价方法包括：

构建系统测试样本库，所述系统测试样本库包括r组系统测试样本

R_a表示第a光源相机系统的系统测试样本，a＝1,2,…,r，P₁,P₂,…,P_b分别为b个物理量，

为第a光源相机系统在一次动作过程中分别在P₁,P₂,…,P_b物理量上的观察量，所述一次动作过程为所述单片机根据预设程序控制光源的点亮和相机的运行，所述物理量为所述系统在一次动作过程中可供观察并测定的对象；

构建系统性能评估函数

其中，

为目标系统分别在P₁,P₂,…,P_b物理量上的观察量，C_q为第q个物理量的权重，

为第q个物理量的核密度估计函数，K_q(·)为第q个物理量的核函数，h_q为窗宽；

驱动目标系统执行所述一次动作过程，将目标系统分别在P₁,P₂,…,P_b物理量上的观察量

代入至所述系统性能评估函数，得出所述目标系统的性能评估结果

2.如权利要求1所述的应用于光源相机系统的综合测定评价方法，其特征在于，所述单片机根据预设程序控制光源的点亮和相机的运行包括：

单片机根据预设程序发送第一控制指令至光源，并根据预设程序发送第二控制指令至相机；

光源在接收到所述第一控制指令后点亮并维持第一预设时间，目标区域被照亮；

相机接收到所述第二控制指令后快门动作并维持第二预设时间，所述相机接收所述目标区域的图像信息；

所述目标区域划分为m个子区域。

3.如权利要求2所述的应用于光源相机系统的综合测定评价方法，其特征在于，所述b个物理量包括光强物理量，所述光强物理量的观察量为光强变化矩阵I^a，所述光强变化矩阵I^a包括第a光源相机系统在一次动作过程中第d个子区域在第u时刻的光强值

所述光强变化矩阵

其中，d＝1,2,…,m，u＝1,2,…,n，n为一次动作过程中光强值的获取数量。

4.如权利要求3所述的应用于光源相机系统的综合测定评价方法，其特征在于，所述光强值的测定方法包括：

基于高速相机对所述目标区域进行拍摄并获取若干幅测试图像；

提取对应于第u时刻的测试图像，并从所述第u时刻的测试图像中选取第d个子区域的光强评价值作为光强值

5.如权利要求2所述的应用于光源相机系统的综合测定评价方法，其特征在于，所述b个物理量包括色彩物理量，所述色彩物理量的观察量为色彩变化矩阵W^a，所述色彩变化矩阵W^a包括第a光源相机系统在一次动作过程中第d个子区域在第u时刻的色彩值

所述色彩变化矩阵

其中，d＝1,2,…,m，u＝1,2,…,n，n为一次动作过程中色彩值的获取数量。

6.如权利要求5所述的应用于光源相机系统的综合测定评价方法，其特征在于，根据相机的分辨率和目标区域的大小之间的比例关系，将所述相机获取的图像信息划分为m个子区域；

每一个子区域中的所有像素的色彩值平均值为所述子区域的色彩值w_d ^u。

7.如权利要求5所述的应用于光源相机系统的综合测定评价方法，其特征在于，所述色彩物理量包括色相、纯度和明度。

8.如权利要求1所述的应用于光源相机系统的综合测定评价方法，其特征在于，所述预设程序包括：

基于单片机同步输出第一信号和第二信号，其中，第一信号包括时长为L1的高电平信号，第二信号包括依次设置的时长为L2的高电平信号和时长为L3的低电平信号，其中，L1＝L2+L3；

第一信号分别沿光源控制线和第一控制线输出，第二信号沿第二控制线输出；

在第一控制线的末端和第二控制线的末端接收所述第一信号和所述第二信号，并对所述第一信号和所述第二信号进行异或运算后输出第三信号，所述第三信号沿相机控制线输出；

所述相机控制线输出的第三信号为用于控制相机的第二控制指令；

所述光源控制线输出的第一信号为用于控制光源的第一控制指令。

9.如权利要求1所述的应用于光源相机系统的综合测定评价方法，其特征在于，还包括：

基于所述目标系统的性能评估结果

与预设阈值的大小对比，确认所述目标系统是否合格。

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