CN116148811A - 基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及视觉成像技术领域，尤其涉及一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统。该多光谱分段成像视觉系统包括：波长异位分布平行光源、光学采集设备、数据处理设备、偏移纠正设备和承载平台，波长异位分布平行光源包括初始光源和波长分布器，初始光源的出射光束通过波长分布器后形成平行子光束，任两个相邻平行子光束的波长范围不重叠。光学采集设备收集平行子光束经目标物体不同成像距离处散射或反射的不同波长的光束，并成像于不同的光谱通道，使得目标物体的三维结构信息直接反映在图像通道变化中，而且，由于对入射光在波长上的分离，使得特殊波长的响应更加突出，特征更加明显，更有利于视觉检测。

Description

基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统

技术领域

本发明涉及视觉成像技术领域，尤其涉及一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统。

背景技术

目前，随着人工智能技术的发展，基于人工智能的视觉检测在工业制造领域中已广泛应用，视觉检测通常是通过视觉成像采集场景图像数据，再基于图像处理方法对图像数据中多个待测目标的结构和色彩纹理特征进行提取，以得到视觉检测结果，现有采集的图像数据通常可以分为二维光强图像数据和三维点云图像数据。

其中，三维点云图像通常通过可编程结构光进行照射成像，而可编程结构光光源的成本较高且所采集到的三维点云图像的后处理较为复杂，导致其难以广泛适用于多种场景下，而二维光强图像数据通常是采用常规复色光光源（LED光源）进行打光，但当目标和场景背景或者多个目标之间的色彩纹理相似时，光强图像数据也会相似，无法反映目标的结构特征，会导致成像结果中目标与背景难以区分的情况，检测能力也有限。因此，如何提高光源的成像效果成为亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统，以解决现有光源的成像效果较差的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统，所述多光谱分段成像视觉系统包括：波长异位分布平行光源、光学采集设备、数据处理设备、至少一组偏移纠正设备和承载平台，所述承载平台用于放置待采集图像的目标物体，所述平行光源的出射光经过所述目标物体反射或者散射后到达所述光学采集设备，所述数据处理设备和所述光学采集设备连接，以获取所述光学采集设备采集到的图像数据，并对所述图像数据进行数据处理；

所述波长异位分布平行光源包括初始光源和波长分布器；

所述初始光源的出射光束通过所述波长分布器后形成平行的至少两个平行子光束，在与所述平行子光束的出射方向垂直的方向上的任两个相邻的平行子光束之间的光波长不重叠，且所述平行子光束任一位置均为波长单一的单色光；

每个偏移纠正设备均包括偏移反射镜和二向色镜，所述偏移反射镜用于反射部分的平行子光束照射在所述目标物体后产生的反射或散射光线，所述二向色镜设置在所述光学采集设备的中心光轴上，使得所述偏移反射镜反射的光线经过所述二向色镜的反射后达到所述光学采集设备，且透射与所述光学采集设备的中心光轴平行的光线。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统包括：波长异位分布平行光源、光学采集设备、至少一组偏移纠正设备、数据处理设备和承载平台，承载平台用于放置待采集图像的目标物体，平行光源的出射光经过目标物体反射或者散射后到达光学采集设备，数据处理设备和光学采集设备连接，以获取光学采集设备采集到的图像数据，并对图像数据进行数据处理，波长异位分布平行光源包括初始光源和波长分布器，初始光源的出射光束通过波长分布器后形成平行的至少两个平行子光束，在与平行子光束的出射方向垂直的方向上的任两个相邻的平行子光束之间的光波长不重叠，且平行子光束任一位置均为波长单一的单色光，每个偏移纠正设备均包括偏移反射镜和二向色镜，偏移反射镜用于反射部分的平行子光束照射在目标物体后产生的反射或散射光线，二向色镜设置在光学采集设备的中心光轴上，使得偏移反射镜反射的光线经过二向色镜的反射后达到光学采集设备，且透射与光学采集设备的中心光轴平行的光线，各个平行子光束以不同波长入射在目标物体上成像距离不同的位置，光学采集设备收集入射光束经散射或反射后的光束，并根据波长差异成像于不同的光谱通道，即目标物体上成像距离不同的位置成像于不同的光谱通道。从而，目标物体的结构变化直接反映在各个通道图像的差异上，使目标物体的三维结构信息包含在图像中，能够在目标物体之间的色彩纹理相似的情况下，为目标检测提供判别依据。而且，由于对入射光在波长上的分离，使得目标物体对于特殊波长的响应更加突出，特征更加明显，更有利于视觉检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统中波长异位分布平行光源的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统中波长异位分布平行光源的分光示意图；

图3是本发明实施例一提供的一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统中波长异位分布平行光源中光谱段调节器的结构示意图；

图4是本发明实施例一提供的一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统的第一结构示意图；

图5是本发明实施例一提供的一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统的第二结构示意图；

图6是本发明实施例一提供的一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统的第二结构侧视图；

图7是本发明实施例一提供的一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统的光谱段分布示意图；

图8是本发明实施例一提供的一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统的第三结构侧视图；

图9是本发明实施例一提供的一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统的数据处理设备的通道图像示意图；

图10是本发明实施例一提供的一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统的数据处理设备的流程示意图；

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

应当理解，当在本发明说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本发明说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本发明的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

应理解，以下实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

参见图1，是本发明实施例一提供的一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统中波长异位分布平行光源的结构示意图，其中，波长异位分布平行光源包括初始光源S1和波长分布器N；

初始光源的出射光束通过波长分布器后形成平行的至少两个平行子光束，在与平行子光束的出射方向垂直的方向上的任两个相邻的平行子光束之间的光波长不重叠，且平行子光束任一位置均为波长单一的单色光。

其中，初始光源可以是指能够发射出符合预设第一光谱段光束的光源，预设第一光谱段可以通过[λi,λj]表示，以表征光束的光波长覆盖范围。

具体地，预设第一光谱段通常为宽光谱段，例如在本实施例中设置为[λ1,λ6]，需要说明的是，预设第一光谱段是指出射光束的波长覆盖范围。

可选的是，波长分布器包括第一分光棱镜、第二分光棱镜和光谱段调节器。初始光源的出射光束依次通过第一分光棱镜和第二分光棱镜后形成平行光束，且平行光束任一位置均为波长单一的单色光。光谱调节器包括至少一个吸光元件，吸光元件设置阻挡平行光束中预设的光波长对应的光束，且透过平行光束中其他光波长的光束形成至少两个平行子光束，平行子光束任一位置均为波长单一的单色光。

参见图2，是本发明实施例一提供的一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统中波长异位分布平行光源的分光示意图，第一分光棱镜L1可以用于将初始光源S1的出射光束进行光谱展开，也即第一分光棱镜起到色散作用，第二分光棱镜L2可以用于将光谱展开后的光束调节为平行光束，在色散的作用下，平行光束任一位置均为波长单一的单色光。光谱段调节器M可以用于进行平行光束的光谱段选择、扩束和缩束等，平行光束经光谱段调节器处理后，得到至少两个平行子光束。

举例说明，第一光谱段设置为[λ1,λ6]，相应地，平行光束对应的光谱段也为 [λ1,λ6]，在与平行子光束的出射方向垂直的方向上的任两个相邻的平行子光束之间的光波长不重叠，也即任两个平行子光束对应的光谱段是互斥的。

本实施例中，吸光元件可以用于阻挡预设的光波长对应的光束，例如一吸光元件对应的预设光波长范围为[λ2,λ3]，其中，λ2大于λ1且小于λ3，λ3小于λ6，则平行光束经该吸光元件阻挡后，剩余的其他光波长的光束的波长覆盖范围为[λ1,λ2]和[λ3,λ6]，相应地，得到两个平行子光束，分别对应光谱段[λ1,λ2]和[λ3,λ6]，若添加另一对应的预设光波长范围为[λ4,λ5]的吸光元件，其中，λ4大于λ3且小于λ5，λ5小于λ6，则平行光束经该吸光元件阻挡后，剩余的其他光波长的光束的波长覆盖范围为[λ1,λ2]、[λ3,λ4]和[λ5,λ6]，相应地，得到三个平行子光束，分别对应光谱段[λ1,λ2]、[λ3,λ4]和[λ5,λ6]。

可选的是，光谱段调节器还包括光束偏移元件，光束偏移元件包括第一光束反射镜和第二光束反射镜，第一光束反射镜的反射面和第二光束反射镜的反射面平行，且在与平行光束的出射方向垂直的方向上相对设置。

第一光束反射镜连接一个吸光元件的一端，以将吸光元件的一端外侧的光束反射至第二光束反射镜，并由第二光束反射镜反射形成一平行子光束。

其中，光束偏移元件可以用于改变预设光波长范围的部分平行光束的出射位置，以增强平行光束按照光谱分离为平行子光束的效果。

具体地，第一光束反射镜的反射面和第二光束反射镜的反射面平行，以确保预设光波长范围的部分平行光束经第一光束反射镜的反射面和第二光束反射镜的反射面依次反射处理后，仍与平行光束的出射方向平行，第一光束反射镜的反射面和第二光束反射镜的反射面在与平行光束的出射方向垂直的方向上相对设置，以确保能够接收到预设光波长范围的部分平行光束。

举例说明，对于光谱段为[λ1,λ6]的平行光束，设置两个吸光元件，吸光元件分别对应的预设光波长范围为[λ2,λ3]和[λ4,λ5]，此时，光束偏移元件可以用于反射预设光波长范围为[λ1,λ2]的部分平行光束，以及反射预设光波长范围为[λ5,λ6]的部分平行光束，也即设置两个光束偏移元件。

可选的是，光谱段调节器还包括扩束器，扩束器包括处于同一光轴上的凹透镜和凸透镜，第二光束反射镜反射出的光束依次经过凹透镜和凸透镜后出射。

其中，扩束器可以用于扩大平行输入光束的直径至更大的平行输出光束，平行输入光束可以是指第二光束反射镜反射出的光束，平行输出光束可以是指扩束后的平行子光束。

本实施例中，采用凹透镜和凸透镜组成的镜组实现平行光束扩束，扩束后的平行子光束能够进行更大范围的光照。

在一实施方式中，还可以采用凸透镜和凹透镜组成的镜组实现平行光束缩束，此时，第二光束反射镜反射出的光束依次经过凸透镜和凹透镜后出射，得到缩束后的平行子光束，以应用于特殊工况，例如局部照射等需求。

参见图3，是本发明实施例一提供的一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统中波长异位分布平行光源中光谱段调节器的结构示意图，其中，X1为对应预设光波长范围为[λ2,λ3]的吸光元件，X2为对应预设光波长范围为[λ4,λ5]的吸光元件，第一光束反射镜F1和第二光束反射镜F2组成的光束偏移元件可以用于反射预设光波长范围为[λ1,λ2]的部分平行光束，第三光束反射镜F3和第四光束反射镜F4组成的光束偏移元件可以用于反射预设光波长范围为[λ5,λ6]的部分平行光束，凹透镜A1和凸透镜T1组成的扩束器可以用于对预设光波长范围为[λ1,λ2]的平行子光束进行扩束，凹透镜A2和凸透镜T2组成的扩束器可以用于对预设光波长范围为[λ3,λ4]的平行子光束进行扩束，凹透镜A3和凸透镜T3组成的扩束器可以用于对预设光波长范围为[λ5,λ6]的平行子光束进行扩束。

参见图4，是本发明实施例一提供的一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统的第一结构示意图，视觉系统包括：波长异位分布平行光源S2、光学采集设备C、数据处理设备、至少一组偏移纠正设备和承载平台B，承载平台用于放置待采集图像的目标物体，波长异位分布平行光源的出射光经过目标物体反射或者散射后到达光学采集设备，数据处理设备和光学采集设备连接，以获取光学采集设备采集到的图像数据，并对图像数据进行数据处理；

波长异位分布平行光源包括初始光源和波长分布器；

初始光源的出射光束通过波长分布器后形成平行的至少两个平行子光束，在与平行子光束的出射方向垂直的方向上的任两个相邻的平行子光束之间的光波长不重叠，平行子光束任一位置均为波长单一的单色光；

每个偏移纠正设备均包括偏移反射镜和二向色镜，偏移反射镜用于反射部分的平行子光束照射在目标物体后产生的反射或散射光线，二向色镜设置在光学采集设备的中心光轴上，使得偏移反射镜反射的光线经过二向色镜的反射后达到光学采集设备，且透射与光学采集设备的中心光轴平行的光线。

其中，波长异位分布平行光源S2的出射光包括光波长分别为λA、λB和λC的平行光束，如图4所示，仅有光波长为λA的平行光束照射于目标物体上表面特定位置，以及光波长为λB的平行光束照射于承载平台特定位置时，经目标物体和承载平台反射后的光束才能被光学采集设备接收，而光波长为λC的平行光束照射于目标物体上表面其他位置，此时无法在光学采集设备中成像，默认已知目标物体的先验知识，先验知识可以包括目标物体的上表面距离下表面的高度。

V1可以是指平行光源的波长不变方向，V2可以是指平行光源的波长变化方向，在波长不变方向上，光线的波长彼此相等，在波长变化方向上，光线的波长分布为多个光谱互不重叠的光谱段，本实施例进行了简化表示，将各个互斥光谱段表示为λA、λB和λC，实际上，光谱段为互不重叠的波长范围，例如可以由420nm-470nm、500nm-570nm、630nm-780nm三个光谱段依次排列组成，彼此没有重叠，需要说明的是，平行光源中任一位置，能且仅能发出一种波长的光线，即平行光源出射的各个平行子光束任一位置均为波长单一的单色光。

参见图5，是本发明实施例一提供的一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统的第二结构示意图，其中，偏移反射镜f和二向色镜E组成偏移纠正设备，二向色镜为波长选择性光学元件，可以对第一预设波长的光线几乎完全透射，而对第二预设波长的光线几乎完全反射，如图5所示，波长为λA和λB的光线经二向色镜透射后，由光学采集设备接收，波长为λC的光线依次经偏移反射镜和二向色镜反射后，由光学采集设备接收。

具体地，令平行光源的波长不变方向V1和光学采集设备的中心光轴垂直，那么平行光源在波长变化方向V2上的波长变化，将使得沿光学采集设备的中心光轴方向，照射于目标物体上的各个位置的平行光线的波长均不同，各个位置的入射光线波长值与该位置的成像距离有关，成像距离也即对应位置沿光学采集设备中心光轴方向到光学采集设备光心的距离。对于光学采集设备同时接收到的来自目标物体表面上各个不同位置的多个反射或散射光线，由于成像距离不同，相应地，反射或散射光线对应的波长不同。从而光学采集设备能够根据波长划分成像通道，使得不同成像距离的目标物体表面的信息位于不同的成像通道中，便于进行前景和背景信息的区分，同时，目标物体或者承载平台的三维结构信息也能够表征于成像结果中，实现对目标更准确的视觉判断。例如，目标物体表面存在凸起或凹陷时，由于凸起或凹陷位置的高度和目标物体表面位置的高度不同，使得照射在两处位置的来自平行子光束的光线波长不同，在两处位置所产生的反射或散射光的波长也不同，光学采集设备以不同的光谱成像通道对两种波长分开接收，使其成像于不同的通道图像之中，从而可以轻易推断目标物体上表面存在凸起或者凹陷。需要说明的是，该示例中波长变化是沿波长变化方向递减的。

参见图6，是本发明实施例一提供的一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统的第二结构侧视图，其中，Q点可以是指波长为λC的光线在目标物体上表面中的照射位置，P点可以是指波长为λA的光线在目标物体上表面中的照射位置。

参见图7，是本发明实施例一提供的一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统的光谱段分布示意图，其中，光源S2的出射光包括光谱段分别为λA1-λA2、λB1-λB2和λC1-λC2的平行光束，不同光谱段对应的平行光束能够被光学采集设备的不同成像通道接收，每个光谱段对应的平行光束由于包含多个不同位置、不同波长的光线，因此，每个光谱段对应的平行光束均有其覆盖的感知高度，如图7所示，λA1-λA2光谱段对应的平行光束覆盖的感知高度为HA，λB1-λB2光谱段对应的平行光束覆盖的感知高度为HB，λC1-λC2光谱段对应的平行光束覆盖的感知高度为HC。

参见图8，是本发明实施例一提供的一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统的第三结构侧视图，其中，平行光源的出射光包括光波长分别为λA、λB和λC和λD的平行光束，光波长为λC的平行光束对应一组偏移纠正设备，该偏移纠正设备包括偏移反射镜f1和二向色镜E1，光波长为λD的平行光束对应另一组偏移纠正设备，该偏移纠正设备包括偏移反射镜f2和二向色镜E2，光波长为λC的平行光束和光波长为λD的平行光束分别经对应的偏移纠正设备反射进入光学采集设备中，而光波长为λA的平行光束和光波长为λB的平行光束均依次经过二向色镜E1和二向色镜E2透射进入光学采集设备中。

可选的是，光学采集设备为多通道线阵列相机，承载平台为可移动平台，在使用多通道线阵列相机进行采集时，可移动平台带动其上的目标物体沿目标方向运动。多通道线阵相机是可以分别采集多个不同光谱段光线到对应多个成像通道的线阵相机，比如RGB线阵相机、近红外 (RGB-NIR)线阵相机、多光谱线阵相机、高光谱线阵相机等。

其中，多通道线阵列相机仅采集来自成像光平面内的光线，也即，多通道线阵列相机在成像时，只有成像光平面与目标物体以及承载平台的相交处反射或者散射的且沿成像光平面向相机线状感光单元阵列传播的光线才会被成像，以图3为例，成像光平面可以根据多通道线阵列相机的结构确定，多通道线阵列相机的结构可以包括一组线状排列的感光单元阵列，同时穿过相机线状感光单元阵列所在直线和相机镜头光心的平面即为成像光平面。从平行光源出射的光波长λA的平行光束与成像光平面相交与目标物体上表面；从平行光源出射的光波长为λB的平行光束与成像光平面相交与承载平台表面。光波长λA的平行光束可以由沿波长不变方向V1的若干条光波长为λA的光线组成，光波长λB的平行光束可以由沿波长不变方向V1的若干条光波长为λB的光线组成。由于在相机固定的情况下，只有目标物体或承载平台上与相机成像光平面相交的位置能够成像，因此需要配合运动机构使多通道线阵列相机和目标物体发生相对运动完成目标物体的整体成像。例如，目标方向可以设置为从右至左，承载平台带动目标物体从右至左移动，在本实施例中，移动方式可以为匀速移动，以便于进行后续成像信息的位置矫正。

可选的是，波长分布器包括第一分光棱镜、第二分光棱镜和光谱段调节器，初始光源的出射光束依次通过第一分光棱镜和第二分光棱镜后形成平行光束，且平行光束任一位置均为波长单一的单色光。光谱段调节器包括至少一个吸光元件，吸光元件设置阻挡平行光束中预设的光波长对应的光束，且透过平行光束中其他光波长的光束形成至少两个平行子光束，平行子光束任一位置均为波长单一的单色光。

其中，吸光元件可以用于阻挡预设的光波长对应的光束，例如一吸光元件对应的预设光波长范围为[λ2,λ3]，其中，λ2大于λ1且小于λ3，λ3小于λ6，则平行光束经该吸光元件阻挡后，剩余的其他光波长的光束的波长覆盖范围为[λ1,λ2]和[λ3,λ6]，相应地，得到两个平行子光束，分别对应光谱段[λ1,λ2]和[λ3,λ6]，若添加另一对应的预设光波长范围为[λ4,λ5]的吸光元件，其中，λ4大于λ3且小于λ5，λ5小于λ6，则平行光束经该吸光元件阻挡后，剩余的其他光波长的光束的波长覆盖范围为[λ1,λ2]、[λ3,λ4]和[λ5,λ6]，相应地，得到三个平行子光束，分别对应光谱段[λ1,λ2]、[λ3,λ4]和[λ5,λ6]。

可选的是，光谱段调节器还包括光束偏移元件，光束偏移元件包括第一光束反射镜和第二光束反射镜，第一光束反射镜的反射面和第二光束反射镜的反射面平行，且在与平行光束的出射方向垂直的方向上相对设置；

第一光束反射镜连接一个吸光元件的一端，以将吸光元件的一端外侧的光束反射至第二光束反射镜，并由第二光束反射镜反射形成一平行子光束。

其中，光束偏移元件可以用于改变预设光波长范围的部分平行光束的出射位置，以增强平行光束按照光谱分离为平行子光束的效果。

具体地，第一光束反射镜的反射面和第二光束反射镜的反射面平行，以确保预设光波长范围的部分平行光束经第一光束反射镜的反射面和第二光束反射镜的反射面依次反射处理后，仍与平行光束的出射方向平行，第一光束反射镜的反射面和第二光束反射镜的反射面在与平行光束的出射方向垂直的方向上相对设置，以确保能够接收到预设光波长范围的部分平行光束。

可选的是，光谱段调节器还包括扩束器，扩束器包括处于同一光轴上的凹透镜和凸透镜，第二光束反射镜反射出的光束依次经过凹透镜和凸透镜后出射。

其中，扩束器可以用于扩大平行输入光束的直径至更大的平行输出光束，平行输入光束可以是指第二光束反射镜反射出的光束，平行输出光束可以是指扩束后的平行子光束。

本实施例中，采用凹透镜和凸透镜组成的镜组实现平行光束扩束，扩束后的平行子光束能够进行更大范围的光照。

在一实施方式中，还可以采用凸透镜和凹透镜组成的镜组实现平行光束缩束，此时，第二光束反射镜反射出的光束依次经过凸透镜和凹透镜后出射，得到缩束后的平行子光束，以应用于特殊工况，例如局部照射等需求。

可选的是，光学采集设备采集到的图像数据包括至少两张通道图像，数据处理设备包括目标鉴别模型；

数据处理设备按照预设的仿射变换矩阵对图像数据进行图像对齐操作，得到位置对齐的各个输入图像，所述目标鉴别模型以所有输入图像作为输入，输出目标鉴别结果。

参见图9，是本发明实施例一提供的一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统的数据处理设备的通道图像示意图，例如，通道图像可以为三个，通道图像IA、IB和IC由如图5的多光谱分段成像视觉系统中光学采集设备各个通道成像得到，通道图像IA对应于光波长为λA的平行光束，通道图像IB对应于光波长为λB的平行光束，通道图像IC对应于光波长为λC的平行光束，光波长为λA的平行光束照射于目标物体上表面得到通道图像IA，光波长为λB的平行光束照射于承载平台表面得到通道图像IB，光波长为λC的平行光束也照射于目标物体上表面得到通道图像IC，但光波长为λA的平行光束和光波长为λC的平行光束照射位置不同，因此，通道图像IA和通道图像IB是位置对齐的，而通道图像IC相较于通道图像IA和通道图像IB存在位置偏移。

本实施例中，由于通道图像IC相较于通道图像IA和通道图像IB存在的位置偏移是由光学结构确定的，因此可以通过标定获取两者之间的仿射变换矩阵R，默认为已知参数。通道图像IA和通道图像IB存包含了目标物体和承载平台之间的差异信息，通道图像IA和通道图像IC包含了目标物体在不同光谱段下的成像信息。

可选的是，目标鉴别模型包括多目标分割子网络、多目标特征子网络和多目标属性鉴别子网络；

多目标分割子网络以满足第一预设条件的输入图像为输入，输出多目标分割结果，多目标特征子网络以满足第二预设条件的输入图像为输入，输出多目标特征提取结果；

多目标属性鉴别子网络以多目标分割结果和多目标特征提取结果为输入，输出多目标检测结果作为目标鉴别结果。

参见图10，为本发明实施例一提供的一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统的数据处理设备的流程示意图，目标鉴别模型包括多目标分割子网络、多目标特征子网络和多目标属性鉴别子网络，数据处理设备的输入为图像IA、IB和IC，R可以是指仿射变换矩阵，IC’可以是指经仿射变换后与图像IA和IB位置对齐的图像IC，数据处理设备的输出为多目标检测结果Out，也即目标鉴别结果。

多目标分割子网络的输入为通道图像IA和通道图像IB，多目标分割子网络用于对目标物体进行分割处理，得到多目标分割结果，多目标特征子网络的输入为通道图像IA和通道图像IC，多目标特征子网络用于对目标物体进行特征提取，得到多目标特征提取结果，多目标属性鉴别子网络的输入为多目标分割结果和多目标特征提取结果，多目标属性鉴别子网络用于对每个目标物体的属性进行判断检测，多目标属性鉴别子网络输出多目标检测结果。

其中，多目标分割子网络可以包括卷积模块和池化模块，卷积模块可以包括卷积层、归一化层和激活函数层，激活函数层可以采用ReLU激活函数，池化模块可以包括最大池化层，将通道图像IB通过第一卷积模块处理，得到第一处理结果，将第一处理结果输入池化模块，得到第一池化结果，将第一池化结果输入至少一个第二卷积模块处理，得到第二处理结果，对第二处理结果进行调整图像尺寸操作，得到第一调整结果。

将通道图像IA通过第三卷积模块处理，得到第三处理结果，将第三处理结果输入池化模块，得到第二池化结果，将第二池化结果输入至少一个第四卷积模块处理，得到第四处理结果，对第四处理结果进行调整图像尺寸操作，得到第二调整结果。

将第一调整结果和第二调整结果进行联结操作，得到联结结果，将联结将结果输入第一卷积层，得到多目标分割结果。

多目标特征子网络可以包括第五卷积模块和第六卷积模块，第五卷积模块和第六卷积模块均与上述卷积模块架构相同，第五卷积模块中激活函数层可以采用ReLU激活函数，第六卷积模块中激活函数层可以采用ReLU6激活函数，将通道图像IA和对齐后的输入图像IC’进行联结操作，得到图像合并结果，将图像合并结果输入第五卷积模块进行特征提取，得到图像特征，将图像特征输入至少一个第六卷积模块进行特征提取，得到多目标特征提取结果。

多目标属性鉴别子网络可以包括卷积模块和特征提取模块，特征提取模块可以包括卷积层、归一化层、激活函数层和池化层。

多目标特征提取结果和多目标分割结果进行广播求和，得到第一求和结果，将第一求和结果输入第七卷积模块处理，得到第一综合处理结果，将多目标分割结果输入第一特征提取模块处理，得到第一提取结果，将第一综合处理结果和第一提取结果进行广播求和，得到第二求和结果。

将第二求和结果输入第八卷积模块处理，得到第二综合处理结果，将第一提取结果输入第二特征提取模块处理，得到第二提取结果，将第二综合处理结果和第二提取结果进行广播求和，得到第三求和结果。

将第三求和结果输入第九卷积模块处理，得到第三综合处理结果，将第二提取结果输入第三特征提取模块处理，得到第三提取结果，将第三综合处理结果和第三提取结果进行广播求和，得到第四求和结果。

将第四求和结果输入第十卷积模块处理，得到第四综合处理结果，将第四综合处理结果输入第十一卷积模块处理，得到初始预测结果，对初始预测结果进行数据维度重排，得到第一重排结果，将第一重排结果通过线性层映射，得到映射结果，对映射结果进行数据维度重排，得到第二重排结果，确定第二重排结果为多目标检测结果，多目标检测结果的尺寸可以为[TargetNum,(4+ClassNum)]，其中，TargetNum可以是指每张图像最多检测的目标物体数量，4+ClassNum的数值依次对应目标物体的预测中心横坐标、预测中心纵坐标、预测宽度、预测高度、独热编码形式的预测类别，独热编码形式的长度为ClassNum，ClassNum可以设置预设类别的数量，需要说明的是，对于非目标物体，在多目标检测结果中的数值均为0。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于波长异位分布平行光源的多光谱分段成像视觉系统，其特征在于，所述视觉系统包括：波长异位分布平行光源、光学采集设备、数据处理设备、至少一组偏移纠正设备和承载平台，所述承载平台用于放置待采集图像的目标物体，所述波长异位分布平行光源的出射光经过所述目标物体反射或者散射后到达所述光学采集设备，所述数据处理设备和所述光学采集设备连接，以获取所述光学采集设备采集到的图像数据，并对所述图像数据进行数据处理；

所述波长异位分布平行光源包括初始光源和波长分布器；

所述初始光源的出射光束通过所述波长分布器后形成平行的至少两个平行子光束，在与所述平行子光束的出射方向垂直的方向上的任两个相邻的平行子光束之间的光波长不重叠，且所述平行子光束任一位置均为波长单一的单色光；

每个偏移纠正设备均包括偏移反射镜和二向色镜，所述偏移反射镜用于反射部分的平行子光束照射在所述目标物体后产生的反射或散射光线，所述二向色镜设置在所述光学采集设备的中心光轴上，使得所述偏移反射镜反射的光线经过所述二向色镜的反射后达到所述光学采集设备，且透射与所述光学采集设备的中心光轴平行的光线。

2.根据权利要求1所述的多光谱分段成像视觉系统，其特征在于，所述光学采集设备为多通道线阵列相机，所述承载平台为可移动平台，在使用所述多通道线阵列相机进行采集时，所述可移动平台带动其上的所述目标物体沿目标方向运动。

3.根据权利要求1所述的多光谱分段成像视觉系统，其特征在于，所述波长分布器包括第一分光棱镜、第二分光棱镜和光谱段调节器；

所述初始光源的出射光束依次通过所述第一分光棱镜和所述第二分光棱镜后形成平行光束，且所述平行光束任一位置均为波长单一的单色光；

所述光谱段调节器包括至少一个吸光元件，所述吸光元件设置阻挡所述平行光束中预设的光波长对应的光线，且透过所述平行光束中其他光波长的光线形成至少两个平行子光束。

4.根据权利要求3所述的多光谱分段成像视觉系统，其特征在于，所述光谱段调节器还包括光束偏移元件，所述光束偏移元件包括第一光束反射镜和第二光束反射镜，所述第一光束反射镜的反射面和所述第二光束反射镜的反射面平行，且在与所述平行光束的出射方向垂直的方向上相对设置；

所述第一光束反射镜连接一个吸光元件的一端，以将所述吸光元件的一端外侧的光束反射至所述第二光束反射镜，并由所述第二光束反射镜反射形成一平行子光束。

5.根据权利要求4所述的多光谱分段成像视觉系统，其特征在于，所述光谱段调节器还包括扩束器，所述扩束器包括处于同一光轴上的凹透镜和凸透镜，所述第二光束反射镜反射出的光束依次经过所述凹透镜和所述凸透镜后出射。

6.根据权利要求1所述的多光谱分段成像视觉系统，其特征在于，所述光学采集设备采集到的图像数据包括至少两张通道图像，所述数据处理设备包括目标鉴别模型；

所述数据处理设备按照预设的仿射变换矩阵对所述图像数据进行图像对齐操作，得到位置对齐的各个输入图像，所述目标鉴别模型以所有输入图像作为输入，输出目标鉴别结果。

7.根据权利要求6所述的多光谱分段成像视觉系统，其特征在于，所述目标鉴别模型包括多目标分割子网络、多目标特征子网络和多目标属性鉴别子网络；

所述多目标分割子网络以满足第一预设条件的输入图像为输入，输出多目标分割结果，所述多目标特征子网络以满足第二预设条件的输入图像为输入，输出多目标特征提取结果；

所述多目标属性鉴别子网络以所述多目标分割结果和所述多目标特征提取结果为输入，输出多目标检测结果作为所述目标鉴别结果。

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