CN117097986B - 一种线阵相机所采集的图像质量调整装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及线阵相机所采集的图像质量调整技术领域，具体涉及一种线阵相机所采集的图像质量调整装置及其工作方法，其中，线阵相机所采集的图像质量调整装置包括第一支撑座、第二支撑座和第三支撑座。线阵相机固定于所述第三支撑座上，能够随所述第三支撑座绕Y轴摆动，且能够随所述第二支撑座绕X轴摆动，并能够随所述第一支撑座绕Z轴转动。相对于借助操作人员进行调整的方式，降低了对操作人员的操作水平的依赖，使得调整后的图像质量更易于得到保障。大大提高了图像质量的调整效率，调整后的图像质量更为客观统一，不会存在人为观察误差。另外，后续的调整结果也无需再进行额外的修正。

Description

一种线阵相机所采集的图像质量调整装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及线阵相机所采集的图像质量调整技术领域，具体地，涉及一种线阵相机所采集的图像质量调整装置及其工作方法。

背景技术

随着工业视觉检测技术的发展，检测精细度要求越来越高，图像质量调整技术在工业视觉检测系统中显得尤为重要。线阵相机常用于工业生产中，用于实时捕捉物体的图像，并通过图像质量调整，来提高图像的清晰度、对比度和色彩准确性等。然而，当前图像质量的调整依赖于操作人员的操作水平，使得调整后的图像质量难以得到保障。

发明内容

为解决当前图像质量的调整依赖于操作人员的操作水平，使得调整后的图像质量难以得到保障的问题，本发明提供一种线阵相机所采集的图像质量调整装置及其工作方法。

为实现本发明目的提供的一种线阵相机所采集的图像质量调整装置，包括：

第一支撑座，能够绕Z轴转动；

第二支撑座，可绕X轴摆动地安装于第一支撑座上，能够随第一支撑座绕Z轴转动；

第三支撑座，可绕Y轴摆动地安装于第二支撑座上，能够随第二支撑座绕X轴摆动，且能够随第一支撑座绕Z轴转动。

线阵相机，固定于第三支撑座上，能够随第三支撑座绕Y轴摆动，且能够随第二支撑座绕X轴摆动，并能够随第一支撑座绕Z轴转动。

在其中一些具体实施例中，第一支撑座所在面水平设置；第二支撑座所在面竖直设置；第三支撑座所在面竖直设置；

还包括：

第一转轴，轴线竖直设置，底端与第一支撑座的顶面固定连接；

第二转轴，轴线水平设置，相对两端分别与第一支撑座的一侧的相对两端转动连接，中部与第二支撑座的顶面固定连接；

随动杆，轴线水平设置，一端与第二支撑座的一侧面转动连接，另一端与第三支撑座的一侧面转动连接。

在其中一些具体实施例中，还包括：

第一驱动电机，设置于第一支撑座的上方；

第一减速箱，设置于第一支撑座的上方，输入轴通过第一齿轮与第一驱动电机的输出轴啮合连接；

第三齿轮，套设于第一转轴的顶部，侧壁通过第二齿轮与第一减速箱的输出轴啮合连接；

第二减速箱，安装于第一支撑座上；

第二驱动电机，安装于第二减速箱上，输出轴通过第一齿轮与第二减速箱的输入轴啮合连接；

第四齿轮，套设于第二转轴的一端，侧壁通过第二齿轮与第二减速箱的输出轴啮合连接；

第三减速箱，安装于第二支撑座上；

第三驱动电机，安装于第三减速箱上，输出轴通过第一齿轮与第二减速箱的输入轴啮合连接；

限位杆，一端固定于第二支撑座靠近随动杆的一侧面的下部；

扇形齿轮，中部开设有供限位杆插入的限位导向孔，弧形侧通过第二齿轮与第二减速箱的输出轴啮合连接；

随动杆为两个，一端分别与扇形齿轮的两直线侧固定连接，另一端分别与第三支撑座的一侧面固定连接。

在其中一些具体实施例中，还包括：

安装基座；安装基座上设置有轴承；

第一转轴的中部通过轴承与安装基座转动连接。

在其中一些具体实施例中，第四齿轮的直径大于第二齿轮；

第三齿轮的直径大于第四齿轮。

在其中一些具体实施例中，还包括：

图像处理模块，与线阵相机连接；

PLC，分别与图像处理模块、第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机连接。

基于同一构思的一种如上述任一些具体实施例提供的线阵相机所采集的图像质量调整装置的工作方法，包括以下步骤：

S1、将黑白条纹交替设置的标定物置于采集位置；

S2、使用线阵相机实时采集标定物的图像，并将采集到的标记物的图像传输至图像处理模块，以对图像进行处理；

S3、PLC接收处理后的图像，并根据图像质量，分别控制第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机是否工作，图像质量包括图像的相对两侧的黑色条纹的灰度的差值、图像的相对两侧的黑色条纹的宽度的差值、每个黑色条纹的图像的灰度值。

在其中一些具体实施例中，S3包括以下步骤：

PLC计算图像中每个黑色条纹的灰度值，判断图像的相对两侧的黑色条纹的灰度的差值是否处于第一预设差值内；

若否，PLC控制第一驱动电机按照预设单位步长调整线阵相机。

在其中一些具体实施例中，S3包括以下步骤：

PLC计算图像中每个黑色条纹的宽度，判断图像的相对两侧的黑色条纹的宽度的差值是否处于第二预设差值内；

若否，PLC控制第三驱动电机按照预设单位步长调整线阵相机。

在其中一些具体实施例中，S3包括以下步骤：

PLC计算图像中每个黑色条纹的灰度值，判断图像的相对两侧的黑色条纹的灰度值是否处于预设灰度值内；

若否，PLC控制第二驱动电机按照预设单位步长调整线阵相机。

本发明的有益效果：本发明的线阵相机所采集的图像质量调整装置通过设置第一驱动电机，第一驱动电机通过第一减速箱、第二齿轮和第三齿轮，能够高精度地控制第一支撑座、第二支撑座、第三支撑座和线阵相机绕Z轴转动。第二驱动电机通过第二减速箱、第二齿轮和第四齿轮，能够高精度地控制第二支撑座、第三支撑座和线阵相机绕X轴摆动。第三驱动电机通过第三减速箱、第二齿轮和扇形齿轮，能够高精度地控制第三支撑座和线阵相机绕Y轴摆动。通过限位杆和限位导向孔的配合，更易精准控制摆动幅度。相对于借助操作人员进行调整的方式，降低了对操作人员的操作水平的依赖，使得调整后的图像质量更易于得到保障。由于每秒内可完成上百次的微调，大大提高了图像质量的调整效率，调整后的图像质量更为客观统一，不会存在人为观察误差。另外，首次调整不再依赖操作人员找到标准的成像位置，即使所找到的成像位置并不理想，也不会对后续的调整结果产生影响，因此，后续的调整结果也无需再进行额外的修正。

附图说明

图1是本发明一种线阵相机所采集的图像质量调整装置一些具体实施例的正视图；

图2是图1所示的线阵相机所采集的图像质量调整装置的侧视图；

图3是图1所示的线阵相机所采集的图像质量调整装置的俯视图；

图4是图2所示的线阵相机所采集的图像质量调整装置中限位杆、扇形齿轮和随动杆一些具体实施例的组合结构示意图；

图5是本发明一种线阵相机所采集的图像质量调整装置的工作原理示意图；

图6是标定物的示意图；

图7是图6所示标定物的图像中每个黑色条纹的灰度示意图；

图8是图6所示的标定物的图像中每个黑色条纹的宽度示意图；

图9为旋转轴心、旋转角度、工作距离与步长的关系示意图；

图10是对标定物进行图像采集的示意图。

附图中，110、第一支撑座；120、第二支撑座；130、第三支撑座；140、线阵相机；141、相机芯片；151、第一驱动电机；152、第一减速箱；153、第三齿轮；161、第二减速箱；162、第二驱动电机；163、第四齿轮；171、第三减速箱；172、第三驱动电机；173、限位杆；174、扇形齿轮；175、随动杆；180、安装基座；190、轴承。

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。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴线”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明或简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“衔接”、“铰接”等术语应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如背景技术，线阵相机常用于工业生产中，用于实时捕捉物体的图像，并通过图像质量调整，来提高图像的清晰度、对比度和色彩准确性等。然而，当前图像质量的调整依赖于操作人员的操作水平，使得调整后的图像质量难以得到保障。

为改善上述问题，参照图1、图2、图3和图4，在本申请的一方面，提供了一种线阵相机140所采集的图像质量调整装置，包括第一支撑座110、第二支撑座120、第三支撑座130、第一转轴、第二转轴、第一驱动电机151、第一减速箱152、第三齿轮153、第二减速箱161、第二驱动电机162、第四齿轮163、第三减速箱171、第三驱动电机172、限位杆173、扇形齿轮174和随动杆175。其中，第一支撑座110所在面水平设置，能够绕Z轴转动。第二支撑座120所在面竖直设置，第二支撑座120可绕X轴摆动地安装于第一支撑座110上，能够随第一支撑座110绕Z轴转动。第三支撑座130所在面竖直设置，第三支撑座130可绕Y轴摆动地安装于第二支撑座120上，能够随第二支撑座120绕X轴摆动，且能够随第一支撑座110绕Z轴转动。线阵相机140固定于第三支撑座130上，用于采集图像。线阵相机140能够随第三支撑座130绕Y轴摆动，且能够随第二支撑座120绕X轴摆动，并能够随第一支撑座110绕Z轴转动。第一转轴的轴线竖直设置，底端与第一支撑座110的顶面固定连接。第二转轴的轴线水平设置，相对两端分别与第一支撑座110的一侧的相对两端转动连接，中部与第二支撑座120的顶面固定连接。随动杆175的轴线水平设置，一端与第二支撑座120的一侧面转动连接，另一端与第三支撑座130的一侧面转动连接。第一驱动电机151设置于第一支撑座110的上方。第一减速箱152设置于第一支撑座110的上方，输入轴通过第一齿轮与第一驱动电机151的输出轴啮合连接。第三齿轮153套设于第一转轴的顶部，侧壁通过第二齿轮与第一减速箱152的输出轴啮合连接。第二减速箱161安装于第一支撑座110上。第二驱动电机162安装于第二减速箱161上，输出轴通过第一齿轮与第二减速箱161的输入轴啮合连接。第四齿轮163套设于第二转轴的一端，侧壁通过第二齿轮与第二减速箱161的输出轴啮合连接。第三减速箱171安装于第二支撑座120上。第三驱动电机172安装于第三减速箱171上，输出轴通过第一齿轮与第二减速箱161的输入轴啮合连接。限位杆173的一端固定于第二支撑座120靠近随动杆175的一侧面的下部。如图4所示，扇形齿轮174的中部开设有供限位杆173插入的限位导向孔，弧形侧通过第二齿轮与第二减速箱161的输出轴啮合连接。随动杆175为两个，一端分别与扇形齿轮174的两直线侧固定连接，另一端分别与第三支撑座130的一侧面固定连接。

可以理解的是，第一驱动电机151通过第一减速箱152、第二齿轮和第三齿轮153，能够高精度地控制第一支撑座110、第二支撑座120、第三支撑座130和线阵相机140绕Z轴转动。第二驱动电机162通过第二减速箱161、第二齿轮和第四齿轮163，能够高精度地控制第二支撑座120、第三支撑座130和线阵相机140绕X轴摆动。第三驱动电机172通过第三减速箱171、第二齿轮和扇形齿轮174，能够高精度地控制第三支撑座130和线阵相机140绕Y轴摆动。通过限位杆173和限位导向孔的配合，更易精准控制摆动幅度。相对于借助操作人员进行调整的方式，降低了对操作人员的操作水平的依赖，使得调整后的图像质量更易于得到保障。由于每秒内可完成上百次的微调，大大提高了图像质量的调整效率，调整后的图像质量更为客观统一，不会存在人为观察误差。另外，首次调整不再依赖操作人员找到标准的成像位置，即使所找到的成像位置并不理想，也不会对后续的调整结果产生影响，因此，后续的调整结果也无需再进行额外的修正。

优选地，在示范例中，线阵相机140所采集的图像质量调整装置还包括安装基座180，安装基座180的一侧面适用于安装在操作台或支架上，另一侧面设置有轴承190。第一转轴的中部通过轴承190与安装基座180转动连接。安装基座180设置有轴承190的一侧面的上部固定有支撑板，支撑板用于支撑固定第一减速箱152和第一驱动电机151。

优选地，在示范例中，第四齿轮163的直径大于第二齿轮。第三齿轮153的直径大于第四齿轮163。第三齿轮153和第四齿轮163根据转动角度/摆动幅度和/或调节精度的需求，可设计成合理的尺寸。

如图5所示，线阵相机140所采集的图像质量调整装置还包括图像处理模块和PLC。图像处理模块与线阵相机140连接。PLC分别与图像处理模块、第一驱动电机151、第二驱动电机162、第三驱动电机172连接。如此，有利于提高自动化程度，降低对操作人员的操作要求。

需要说明的是，图6为标定物的示意图。此标定物为菲林尺标定物，每个黑色条纹和每个白色条纹的宽度为10mm。

在本申请的一方面，提供了一种如上述任一些具体实施例提供的线阵相机140所采集的图像质量调整装置的工作方法，包括以下步骤：

S1、将黑白条纹交替设置的标定物置于采集位置。

S2、使用线阵相机140实时采集标定物的图像，并将采集到的标记物的图像传输至图像处理模块，以对图像进行处理。

在此步骤中，线阵相机140按每秒10K的采集频率采集标定物，图像采集高度设置为100行，可实现每秒采集和分析100张图片，即，每次通过图像分析结果调整相机位置耗时为10ms。

S3、PLC接收处理后的图像，并根据图像质量，分别控制第一驱动电机151、第二驱动电机162、第三驱动电机172是否工作，图像质量包括图像的相对两侧的黑色条纹的灰度的差值、图像的相对两侧的黑色条纹的宽度的差值、每个黑色条纹的图像的灰度值。相对于借助操作人员进行调整的方式，降低了对操作人员的操作水平的依赖，使得调整后的图像质量更易于得到保障。由于每秒内可完成上百次的微调，大大提高了图像质量的调整效率，调整后的图像质量更为客观统一，不会存在人为观察误差。另外，首次调整不再依赖操作人员找到标准的成像位置，即使所找到的成像位置并不理想，也不会对后续的调整结果产生影响，因此，后续的调整结果也无需再进行额外的修正。

具体地，在示范例中，S3包括以下步骤：

PLC计算图像（如图7所示）中每个黑色条纹的灰度值，判断图像的相对两侧的黑色条纹的灰度的差值是否处于第一预设差值内。需要说明的是，图7所示的黑色条纹实际上并非全黑。第一预设差值为0-10。若否，PLC控制第一驱动电机151按照预设单位步长调整线阵相机140，直至图像的相对两侧的黑色条纹的灰度的差值处于第一预设差值内。

具体地，在示范例中，S3包括以下步骤：

PLC计算图像（如图8所示）中每个黑色条纹的宽度，判断图像的相对两侧的黑色条纹的宽度的差值是否处于第二预设差值内。第二预设差值为0-2mm。若否，PLC控制第三驱动电机172按照预设单位步长调整线阵相机140。直至图像的相对两侧的黑色条纹的宽度的差值处于第二预设差值内。

具体地，在示范例中，S3包括以下步骤：

PLC计算图像（如图7所示）中每个黑色条纹的灰度值，判断图像的相对两侧的黑色条纹的灰度值是否处于预设灰度值内。需要说明的是，图7所示的黑色条纹实际上并非全黑。预设灰度值为0-20。若否，PLC控制第二驱动电机162按照预设单位步长调整线阵相机140。直至图像的相对两侧的黑色条纹的灰度值均处于预设灰度值内。

需要指出的是，如图9所示，步长是指拍摄位置的位移。根据精度要求，预设单位步长可设定为0.1mm-1mm。根据预设单位步长和工作距离，计算第一驱动电机151/第二驱动电机162/第三驱动电机172单次旋转角度。根据驱动电机旋转一圈所需脉冲数和单次旋转角度，可计算出每次需要发送的脉冲数。

举例说明，假设标准拍摄位置（一般是指光源光束的中心）与图10中的y轴重合，相机芯片141与被拍摄位置存在以下三种位置关系：

第一种位置关系（位置1）：相机芯片141与被拍摄位置存在交叉，导致图像的左中右所接受的光照不一致，从而会导致图像的相对两侧的黑色条纹的灰度的差值不处于第一预设差值，此时，PLC控制第一驱动电机151工作按照预设单位步长调整线阵相机140，使得相机芯片141与拍摄位置平行，从而使图像的相对两侧的黑色条纹的灰度值保持一致。

第二种位置关系（位置2）：相机芯片141与被拍摄位置平行，且与被拍摄位置重叠，但是相机芯片141的两端与被拍摄位置的两端距离有偏差，此时会导致图像一边清晰，一边模糊，由于边缘过度像素过多，导致各黑条纹的宽度差值较大，此时，PLC控制第三驱动电机172按照预设单位步长调整线阵相机140，使得相机芯片141的两端与被拍摄位置的两端的距离一致。从而使图像的相对两侧的黑色条纹的宽度的差值接近为0，每个黑色条纹的宽度基本一致。

第三种位置关系（位置3）：相机芯片141与被拍摄位置平行，但与被拍摄位置不重叠，即，相机拍摄位置不在光束中心，此时，图像的灰度值下降，灰度值严重影响图像质量。此时，PLC控制第二驱动电机162按照预设单位步长调整线阵相机140，使得图像的相对两侧的黑色条纹的灰度值均处于预设灰度值内。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、“一个具体实施例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的范围内，根据本发明的技术方案及其发明的构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种线阵相机所采集的图像质量调整装置，其特征在于，包括：

第一支撑座，能够绕Z轴转动；

第二支撑座，可绕X轴摆动地安装于所述第一支撑座上，能够随所述第一支撑座绕Z轴转动；

第三支撑座，可绕Y轴摆动地安装于所述第二支撑座上，能够随所述第二支撑座绕X轴摆动，且能够随所述第一支撑座绕Z轴转动；

线阵相机，固定于所述第三支撑座上，能够随所述第三支撑座绕Y轴摆动，且能够随所述第二支撑座绕X轴摆动，并能够随所述第一支撑座绕Z轴转动；

所述第一支撑座所在面水平设置；所述第二支撑座所在面竖直设置；所述第三支撑座所在面竖直设置；

还包括：

第一转轴，轴线竖直设置，底端与所述第一支撑座的顶面固定连接；

第二转轴，轴线水平设置，相对两端分别与所述第一支撑座的一侧的相对两端转动连接，中部与所述第二支撑座的顶面固定连接；

随动杆，轴线水平设置，一端与所述第二支撑座的一侧面转动连接，另一端与所述第三支撑座的一侧面转动连接；

还包括：

第一驱动电机，设置于所述第一支撑座的上方；

第一减速箱，设置于所述第一支撑座的上方，输入轴通过第一齿轮与所述第一驱动电机的输出轴啮合连接；

第三齿轮，套设于所述第一转轴的顶部，侧壁通过第二齿轮与所述第一减速箱的输出轴啮合连接；

第二减速箱，安装于所述第一支撑座上；

第二驱动电机，安装于所述第二减速箱上，输出轴通过所述第一齿轮与所述第二减速箱的输入轴啮合连接；

第四齿轮，套设于所述第二转轴的一端，侧壁通过所述第二齿轮与所述第二减速箱的输出轴啮合连接；

第三减速箱，安装于所述第二支撑座上；

第三驱动电机，安装于所述第三减速箱上，输出轴通过所述第一齿轮与所述第二减速箱的输入轴啮合连接；

限位杆，一端固定于所述第二支撑座靠近所述随动杆的一侧面的下部；

扇形齿轮，中部开设有供所述限位杆插入的限位导向孔，弧形侧通过所述第二齿轮与所述第二减速箱的输出轴啮合连接；

随动杆为两个，一端分别与所述扇形齿轮的两直线侧固定连接，另一端分别与所述第三支撑座的一侧面固定连接。

2.根据权利要求1所述的线阵相机所采集的图像质量调整装置，其特征在于，还包括：

安装基座；所述安装基座上设置有轴承；

所述第一转轴的中部通过所述轴承与所述安装基座转动连接。

3.根据权利要求1所述的线阵相机所采集的图像质量调整装置，其特征在于，所述第四齿轮的直径大于所述第二齿轮；

所述第三齿轮的直径大于所述第四齿轮。

4.根据权利要求1所述的线阵相机所采集的图像质量调整装置，其特征在于，还包括：

图像处理模块，与所述线阵相机连接；

PLC，分别与所述图像处理模块、所述第一驱动电机、所述第二驱动电机、所述第三驱动电机连接。

5.一种如权利要求4所述的线阵相机所采集的图像质量调整装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将黑白条纹交替设置的标定物置于采集位置；

S2、使用所述线阵相机实时采集所述标定物的图像，并将采集到的所述标定物的图像传输至所述图像处理模块，以对图像进行处理；

S3、所述PLC接收处理后的图像，并根据图像质量，分别控制所述第一驱动电机、所述第二驱动电机、所述第三驱动电机是否工作，所述图像质量包括图像的相对两侧的黑色条纹的灰度的差值、图像的相对两侧的黑色条纹的宽度的差值、每个黑色条纹的图像的灰度值。

6.根据权利要求5所述的线阵相机所采集的图像质量调整装置的工作方法，其特征在于，S3包括以下步骤：

所述PLC计算图像中每个黑色条纹的灰度值，判断图像的相对两侧的黑色条纹的灰度的差值是否处于第一预设差值内；

若否，所述PLC控制所述第一驱动电机按照预设单位步长调整所述线阵相机。

7.根据权利要求5所述的线阵相机所采集的图像质量调整装置的工作方法，其特征在于，S3包括以下步骤：

所述PLC计算图像中每个黑色条纹的宽度，判断图像的相对两侧的黑色条纹的宽度的差值是否处于第二预设差值内；

若否，所述PLC控制所述第三驱动电机按照预设单位步长调整所述线阵相机。

8.根据权利要求5所述的线阵相机所采集的图像质量调整装置的工作方法，其特征在于，S3包括以下步骤：

所述PLC计算图像中每个黑色条纹的灰度值，判断图像的相对两侧的黑色条纹的灰度值是否处于预设灰度值内；

若否，所述PLC控制所述第二驱动电机按照预设单位步长调整所述线阵相机。