CN117241012A - 一种线阵相机的校准装置、校准方法及机器视觉检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线阵相机的校准装置、校准方法及机器视觉检测系统。该线阵相机的校准装置包括：第一线性光源、第二线性光源以及相机角度调节机构；第一线性光源与线阵相机固定设置，第一线性光源用于出射第一线性光束，第一线性光束在成像目标上形成的第一线性光斑与线阵相机的拍照位置平行且至少部分重合；第二线性光源用于出射第二线性光束，第二线性光束在成像目标上形成的第二线性光斑为目标拍照位置；相机角度调节机构与线阵相机连接，相机角度调节结构用于调节线阵相机的角度，以使第一线性光斑和第二线性光斑平行且至少部分重合。通过上述装置，利用可视化成像快速实现线阵相机的校准，省时省力，提高了成像质量和校准效率。

Description

一种线阵相机的校准装置、校准方法及机器视觉检测系统

技术领域

本发明涉及机器视觉线扫描成像的技术领域，尤其涉及一种线阵相机的校准装置、校准方法及机器视觉检测系统。

背景技术

线阵相机是采用线阵图像传感器的相机，主要是对运动中的对象连续成像。通常情况下，相机与被摄对象在相机扫描线垂直方向作相对运动，相机连续扫描拍摄，从而形成被摄对象完整连续的图像。由于线阵相机拍照位置的原因，造成照片成像质量不佳导致检测结果不理想。

现有的线阵相机的图像校准通常是将线阵相机所拍摄的被摄对象的图像通过显示屏或打印的方式进行显示并校准。然而，这种线阵相机校准方法不能可视化，无法快速确认校准位置，校准过程中需要反复进行确认校准，费时费力。

发明内容

本发明提供了一种线阵相机的校准装置、校准方法及机器视觉检测系统，以解决现有技术存在的缺陷，利用可视化可快速实现线阵相机的校准，省时省力，成像质量优质，提高了校准效率。

第一方面，本发明提供了一种线阵相机的校准装置，其特征在于，包括第一线性光源、第二线性光源以及相机角度调节机构；

第一线性光源与线阵相机固定设置，第一线性光源用于出射第一线性光束，第一线性光束在成像目标上形成的第一线性光斑与线阵相机的拍照位置平行且至少部分重合；

第二线性光源用于出射第二线性光束，第二线性光束在成像目标上形成的第二线性光斑为目标拍照位置；

相机角度调节机构与线阵相机连接，相机角度调节结构用于调节线阵相机的角度，以使第一线性光斑和第二线性光斑平行且至少部分重合。

可选的，线阵相机的校准装置还包括光源角度调节机构，光源角度调节机构与第二线性光源连接，光源角度调节机构用于调节第二线性光源的出射角度，以改变目标拍照位置。

可选的，线阵相机的校准装置还包括控制单元，第一线性光源、第二线性光源、相机角度调节机构和光源角度调节机构均与控制单元连接，控制单元用于控制第一线性光源和第二线性光源发光，控制相机角度调节机构调节线阵相机的角度，控制光源角度调节机构调节第二线性光源的出射角度。

可选的，第一线性光源包括发光二极管或激光器，第二线性光源包括发光二极管或激光器。

可选的，第一线性光源和第二线性光源的光源类型和光源参数均相同。

可选的，第一线性光斑和线阵相机的拍照位置完全重合；

线阵相机校准完成时，第一线性光斑和第二线性光斑完全重合。

可选的，线阵相机包括线阵CCD。

第二方面，本发明提供了一种线阵相机的校准方法，由上述任一所述的线阵相机的校准装置执行，校准方法包括：

控制第二线性光源出射第二线性光束，第二线性光束在成像目标上形成第二线性光斑，第二线性光斑为目标拍照位置；

控制第一线性光源出射第一线性光束，第一线性光束在成像目标上形成第一线性光斑，第一线性光斑与线阵相机的拍照位置平行且至少部分重合；

控制相机角度调节结构调节线阵相机的角度，直至第一线性光斑和第二线性光斑平行且至少部分重合。

可选的，在控制相机角度调节结构调节线阵相机的角度，直至第一线性光斑和第二线性光斑平行且至少部分重合之后，还包括：

关闭第一线性光源和第二线性光源。

第三方面，本发明提供了一种机器视觉检测系统，包括线阵相机以及上述任一所述的线阵相机的校准装置。

本发明的技术方案，提供了一种线阵相机的校准装置，通过将第一线性光源与线阵相机固定设置，使得第一线性光源出射的第一线性光束与线阵相机的拍照位置相同，调整线阵相机的位置时同步调节第一线性光源的第一线性光束位置，并根据第二线性光源在成像目标上形成的目标拍照位置进行调整，使得第一线性光源出射的第一线性光束在成像目标上形成的第一线性光斑和第二线性光源出射的第二线性光束在成像目标上形成的第二线性光斑完全重合，实现线阵相机的校准。通过上述装置，利用可视化成像快速实现线阵相机的校准，省时省力，成像质量优质，提高了校准效率。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

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他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种线阵相机校准装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种线阵相机校准装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种线阵相机校准方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的另一种线阵相机校准方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1为本发明实施例提供的一种线阵相机校准装置的结构示意图，参考图1所示，该线阵相机校准装置包括：第一线性光源1、第二线性光源2以及相机角度调节机构3。其中，第一线性光源1与线阵相机4固定设置，第一线性光源1用于出射第一线性光束，第一线性光束在成像目标7上形成的第一线性光斑与线阵相机4的拍照位置平行且至少部分重合；第二线性光源2用于出射第二线性光束，第二线性光束在成像目标7上形成的第二线性光斑为目标拍照位置；相机角度调节机构3与线阵相机4连接，相机角度调节结构3用于调节线阵相机4的角度，以使第一线性光斑和第二线性光斑平行且至少部分重合。

可选的，第一线性光斑和线阵相机4的拍照位置完全重合；线阵相机4校准完成时，第一线性光斑和第二线性光斑完全重合。

具体的，第一线性光源1与线阵相机4固定设置，使得线阵相机4的拍摄位置与第一线性光源1发射出的第一线性光束在成像目标7上形成的第一线性光斑平行且至少部分重合，保证第一线性光斑与线阵相机4可以同时实现方向与位置的改变；即若线阵相机4拍照的图像为水平的线段，则第一线性光源1出射的第一线性光束在成像目标7上形成的第一线性光斑同样为水平方向的光斑；若线阵相机4改变拍摄方向，使得拍摄的图像为垂直的线段，则第一线性光源1出射的第一线性光束在成像目标7上形成的第一线性光斑同样为垂直方向的光斑。第一线性光源1与线阵相机4具体固定方法可以包括但不限于首先确定线阵相机4的拍照位置，根据线阵相机4的拍照位置确定第一线性光源1的发光位置，通过调节第一线性光源1的位置，使之与线阵相机4的拍照位置平行且至少部分重合，调节完毕后，将第一线性光源1与线性相机4固定。

具体的，第一线性光源1出射的第一线性光束在成像目标7上形成的第一线性光斑为线阵相机4实际拍照的位置，第二线性光源2出射的第二线性光束在成像目标7上形成的第二线性光斑为目标拍照位置。若想要线阵相机4在成像目标7上的目标拍照位置成像，可以将相机角度调节机构3与线阵相机4连接，使得相机角度调节机构3通过调节线阵相机4的角度，使第一线性光源1出射的第一线性光束在成像目标7上形成的第一线性光斑与目标拍照位置（第二线性光斑）至少部分重合，即实现了线阵相机4的校准。进一步的，还可以继续通过相机角度调节机构3调节线阵相机4的角度使得第一线性光斑和第二线性光斑完全重合，当第一线性光斑和第二线性光斑实现完全重合之后，线阵相机4的准确度更高。

可选的，第一线性光源1包括发光二极管或激光器，第二线性光源2包括发光二极管或激光器。

可选的，第一线性光源1和第二线性光源2的光源类型和光源参数均相同。其中，光源参数具体包括但不限于光通量参数、光效参数和光照度等。

可选的，线阵相机4包括线阵CCD。线阵CCD结构简单，成本较低，可以同时储存一行信号。通过使用线阵CCD，在同等测量精度的前提下，其测量范围可以做的较大，并且线阵CCD可以实时传输光电变换信号和自扫描速度快、频率响应高，能够实现动态测量，并能在低照度下工作，适用范围更广。

本发明实施例的技术方案，通过将第一线性光源与线阵相机固定设置，使得第一线性光源出射的第一线性光束与线阵相机的拍照位置相同，调整线阵相机的位置时同步调节第一线性光源的第一线性光束位置，并根据第二线性光源在成像目标上形成的目标拍照位置进行调整，使得第一线性光源出射的第一线性光束在成像目标上形成的第一线性光斑和第二线性光源出射的第二线性光束在成像目标上形成的第二线性光斑完全重合，则实现了线阵相机的校准。通过上述装置，利用可视化成像快速实现线阵相机的校准，省时省力，成像质量优质，提高了校准效率。

可选的，图2为本发明实施例提供的另一种线阵相机校准装置的结构示意图，参考图2所示，线阵相机的校准装置还包括光源角度调节机构5，光源角度调节机构5与第二线性光源2连接，光源角度调节机构5用于调节第二线性光源2的出射角度，以改变目标拍照位置。

具体的，光源角度调节机构5可以调节第二线性光源2的出射角度，使得第二线性光源2出射的第二线性光束在成像目标7上形成的第二线性光斑的位置发生改变，从而可以改变目标拍照位置。改变目标拍照位置之后，需要同时改变线阵相机4和第一线性光源1的位置，并通过相机角度调节机构3调节线阵相机4和第一线性光源1的角度，使得第一线性光斑和第二线性光斑实现完全重合，即实现了线阵相机4的校准。

可选的，继续参考图2，线阵相机的校准装置还包括控制单元6，第一线性光源1、第二线性光源2、相机角度调节机构3和光源角度调节机构5均与控制单元6连接，控制单元6用于控制第一线性光源1和第二线性光源2发光，控制相机角度调节机构3调节线阵相机4的角度，控制光源角度调节机构5调节第二线性光源2的出射角度。

具体的，控制单元6作为线阵相机的校准装置的核心控制系统，可以控制光源角度调节机构5调节第二线性光源2的出射角度，调节完成后，控制单元6控制第二线性光源2发射第二线性光束，发射的第二线性光束在成像目标7上形成第二线性光斑，第二线性光斑的成像位置为目标拍照位置，目标拍照位置确定之后，调节线阵相机4和第一线性光源1的位置，使线阵相机4的拍照位置与第二线性光斑平行且至少部分重合，线阵相机4与第一线性光源1固定连接，此时控制单元6通过控制相机角度调节机构3调节线阵相机4的角度，同时控制单元6控制第一线性光源1发射第一线性光束，发射的第一线性光束在成像目标7上形成的第一线性光斑与第二线性光斑平行且至少部分重合，继续通过相机角度调节机构3调节线阵相机4的角度使得第一线性光斑和第二线性光斑完全重合，第一线性光斑与第二线性光斑完全重合之后，则实现了线阵相机4的校准。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种线阵相机的校准方法，图3为本发明实施例提供的线阵相机的校准方法的流程图，参考图3所示，该线阵相机的校准方法可以通过线阵相机的校准装置执行，具备与线阵相机的校准装置同样的有益效果。该线阵相机的校准方法包括：

S110、控制第二线性光源出射第二线性光束，第二线性光束在成像目标上形成第二线性光斑，第二线性光斑为目标拍照位置。

具体的，确定目标拍照位置时，控制单元会控制第二线性光源出射第二线性光束，出射的第二线性光束在成像目标上形成第二线性光斑，第二线性光斑在成像目标上的位置即为目标拍照位置。

S120、控制第一线性光源出射第一线性光束，第一线性光束在成像目标上形成第一线性光斑，第一线性光斑与线阵相机的拍照位置平行且至少部分重合。

具体的，目标拍照位置确定之后，还需确定线阵相机的实际拍照位置，线阵相机的实际拍照位置即为第一线性光源的实际出光位置。具体可以通过控制单元控制第一线性光源出射第一线性光束，出射的第一线性光束在成像目标上会形成第一线性光斑，形成的第一线性光斑与线阵相机所处的拍照位置平行且至少部分重合，第一线性光斑与线阵相机所处的拍照位置为实际拍照位置。

S130、控制相机角度调节结构调节线阵相机的角度，直至第一线性光斑和第二线性光斑平行且至少部分重合。

具体的，确定目标拍照位置之后，若想要线性相机和第一线性光源发射的第一线性光束在成像目标上形成的第一线性光斑在该目标拍照位置成像，可以通过相机角度调节机构调节线阵相机的角度，将线阵相机的实际拍照位置调节至第二线性光斑，线阵相机调至第二线性光斑位置之后，第一线性光源发射的第一线性光束在成像目标上形成的第一线性光斑同时调节至第二线性光斑的位置，使得第一线性光斑和第二线性光斑平行且至少部分重合，即实现了线阵相机的粗略校准。实现粗略校准之后，如需进行精确校准，还可以继续通过相机角度调节机构调节线阵相机的角度使得第一线性光斑和第二线性光斑完全重合，当第一线性光斑和第二线性光斑完全重合之后，即实现了线阵相机的校准。

可选的，图4为本发明实施例提供的另一种线阵相机校准方法的流程图，参考图4所示，该线阵相机的校准方法包括：

S110、控制第二线性光源出射第二线性光束，第二线性光束在成像目标上形成第二线性光斑，第二线性光斑为目标拍照位置。

S120、控制第一线性光源出射第一线性光束，第一线性光束在成像目标上形成第一线性光斑，第一线性光斑与线阵相机的拍照位置平行且至少部分重合。

S130、控制相机角度调节结构调节线阵相机的角度，直至第一线性光斑和第二线性光斑平行且至少部分重合。

S140、关闭第一线性光源和第二线性光源。

具体的，在实现第一线性光斑和第二线性光斑完全重合之后，即实现了线阵相机的校准，校准完成之后，需要关闭第一线性光源和第二线性光源，以使线阵相机用在机器视觉检测系统中。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种机器视觉检测系统，包括：线阵相机以及上述任意实施例提供的线阵相机的校准装置，具备结构的相应功能模块和有益效果，相同之处可以参考上文描述。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种线阵相机的校准装置，其特征在于，包括第一线性光源、第二线性光源以及相机角度调节机构；

所述第一线性光源与线阵相机固定设置，所述第一线性光源用于出射第一线性光束，所述第一线性光束在成像目标上形成的第一线性光斑与所述线阵相机的拍照位置平行且至少部分重合；

所述第二线性光源用于出射第二线性光束，所述第二线性光束在所述成像目标上形成的第二线性光斑为目标拍照位置；

所述相机角度调节机构与所述线阵相机连接，所述相机角度调节结构用于调节所述线阵相机的角度，以使所述第一线性光斑和所述第二线性光斑平行且至少部分重合。

2.根据权利要求1所述的线阵相机的校准装置，其特征在于，还包括光源角度调节机构，所述光源角度调节机构与所述第二线性光源连接，所述光源角度调节机构用于调节所述第二线性光源的出射角度，以改变所述目标拍照位置。

3.根据权利要求2所述的线阵相机的校准装置，其特征在于，还包括控制单元，所述第一线性光源、所述第二线性光源、所述相机角度调节机构和所述光源角度调节机构均与所述控制单元连接，所述控制单元用于控制所述第一线性光源和所述第二线性光源发光，控制所述相机角度调节机构调节所述线阵相机的角度，控制所述光源角度调节机构调节所述第二线性光源的出射角度。

4.根据权利要求1所述的线阵相机的校准装置，其特征在于，所述第一线性光源包括发光二极管或激光器，所述第二线性光源包括发光二极管或激光器。

5.根据权利要求4所述的线阵相机的校准装置，其特征在于，所述第一线性光源和所述第二线性光源的光源类型和光源参数均相同。

6.根据权利要求1所述的线阵相机的校准装置，其特征在于，所述第一线性光斑和所述线阵相机的拍照位置完全重合；

所述线阵相机校准完成时，所述第一线性光斑和所述第二线性光斑完全重合。

7.根据权利要求1所述的线阵相机的校准装置，其特征在于，所述线阵相机包括线阵CCD。

8.一种线阵相机的校准方法，其特征在于，由权利要求1~7任一所述的线阵相机的校准装置执行，所述校准方法包括：

控制第二线性光源出射第二线性光束，所述第二线性光束在成像目标上形成第二线性光斑，所述第二线性光斑为目标拍照位置；

控制第一线性光源出射第一线性光束，所述第一线性光束在所述成像目标上形成第一线性光斑，所述第一线性光斑与线阵相机的拍照位置平行且至少部分重合；

控制相机角度调节结构调节所述线阵相机的角度，直至所述第一线性光斑和所述第二线性光斑平行且至少部分重合。

9.根据权利要求8所述的线阵相机的校准方法，其特征在于，在控制相机角度调节结构调节所述线阵相机的角度，直至所述第一线性光斑和所述第二线性光斑平行且至少部分重合之后，还包括：

关闭所述第一线性光源和所述第二线性光源。

10.一种机器视觉检测系统，其特征在于，包括线阵相机以及权利要求1~7任一所述的线阵相机的校准装置。