CN117751572A - 图像获取系统及图像获取方法 - Google Patents
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Abstract
一种图像获取系统，其中，具备：多个光源，其射出向对象物照射的光；光源控制部，其切换多个光源中向对象物照射光的光源；行扫描传感器，其检测来自照射光后的对象物的光，具有至少一维地排列有多个像素的像素部，能够切换将来自各像素的信号放大的增益值。行扫描传感器与光源的切换同步地切换增益值。
Description
技术领域
本公开涉及图像获取系统及图像获取方法。
背景技术
已知有使用线传感器得到图像信息(图像信号)并获取对象物的图像的装置(例如，参照专利文献1和2)。在专利文献1所记载的装置中，使用将CCD排列成一列的一维的线传感器。来自卤素灯光源的白色光被照射于彩色底片上，将透射光投影于CCD面上。投影于CCD面上的R、G、B各自的信号信息被放大器放大，并由A/D转换电路转换为数字图像数据。在专利文献2所记载的装置中，在模拟处理部进行数据的采样、偏移调整、及增益调整。然后，在A/D转换器中，将模拟信号转换为数字信号。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002－229136号公报
专利文献2：日本特开2007－82013号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，在获取被输送的对象物的图像的系统中，需要高效地获取图像的技术。因此，考虑使反射照明和透射照明交替点亮而使线传感器的扫描时刻同步的方法。但是，在该情况下，获取图像时需要两次的拍摄。
本公开对于在使用多个光源的情况下能够高效地获取图像的图像获取系统及图像获取方法进行说明。
用于解决问题的技术方案
本公开的一个方式提供一种图像获取系统，其中，该图像获取系统获取被输送的对象物的图像，该图像获取系统具备：多个光源，其射出向对象物照射的光；光源控制部，其切换多个光源中向对象物照射光的光源；以及行扫描传感器，其检测来自照射光后的对象物的光，具有至少一维地排列有多个像素的像素部，能够切换将来自各像素的信号放大的增益值，其中，行扫描传感器与光源的切换同步地切换增益值。
根据该图像获取系统，由光源控制部切换光源，行扫描传感器与该光源的切换同步地切换将来自各像素的信号放大的增益值。通过该结构，调整根据不同的光源而输出的来自各像素的信号的增益值。例如，能够调整两种图像的亮度电平。因此，在使用多个光源的情况下能够高效地获取图像。
也可以是，光源控制部在基于各像素的宽度和对象物的输送速度的规定的像素期间中进行多个光源的切换。在该情况下，在规定的像素期间中切换光源，并且切换增益值，因此，能够良好地维持S/N比。
也可以是，多个光源包括至少一个反射光源和至少一个透射光源。在该情况下，通过反射光和透射光的组合，能够获取精度更高的图像。特别是，多个光源包括透射光源，因此，有利于例如对布料等布状的对象物，或纸类、基板、胶片等较薄的对象物的拍摄。
也可以是，多个光源分别射出波长不同的光。在该情况下，能够高效地获取与被输送的对象物的分光反射特性对应的图像。有利于拍摄例如医药品，或食品、蔬菜、果物等的新鲜度及水分量，和构成对象物的成分，以及异物。
本公开的另一方式提供一种图像获取方法，该图像获取方法获取被输送的对象物的图像，其中，该图像获取方法包括：使用多个光源向对象物照射光的照射工序；和利用行扫描传感器检测来自照射光后的对象物的光的检测工序，其中：行扫描传感器具有至少一维地排列有多个像素的像素部，能够切换将来自各像素的信号放大的增益值；在照射工序中，切换多个光源中向对象物照射光的光源；在检测工序中，与光源的切换同步地切换增益值。
根据该图像获取方法，在照射工序中切换光源。在检测工序中，行扫描传感器与该光源的切换同步地切换将来自各像素的信号放大的增益值。通过该结构，调整根据不同的光源而输出的来自各像素的信号的增益值。例如，能够调整两种图像的亮度电平。因此，在使用多个光源的情况下能够高效地获取图像。
发明效果
根据本公开的几个方式，在使用多个光源的情况下能够高效地获取图像。
附图说明
图1是表示本公开一实施方式的图像获取系统的结构的图。
图2是表示图1中的行扫描传感器的结构的图。
图3是表示图2中的像素的结构例的图。
图4是说明图3的像素中的动作的时序图。
图5是说明行扫描传感器中的增益值的切换动作的一例的时序图。
图6是表示本公开的另一实施方式的图像获取系统的结构的图。
图7是说明行扫描传感器中的增益值的切换动作的一例的时序图。
图8是表示在带花纹坯料的拍摄试验中得到的图像的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在附图的说明中，对相同要素标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
首先，参照图1对本公开一实施方式的图像获取系统100进行说明。如图1所示，图像获取系统100是用于获取沿输送方向D输送的对象物A的图像的系统。图像获取系统100从多个光源对对象物A照射光(可见光)，利用行扫描传感器1获取图像。图像获取系统100具备：以规定的速度沿输送方向D输送对象物A的输送装置4、分别射出向对象物A照射的光的两个反射光源2A及一个透射光源2B、以及行扫描传感器1，该行扫描传感器1检测由来自反射光源2A的光照射所产生的来自对象物A的反射光并且检测由来自透射光源2B的光照射所产生的透射光。
反射光源2A及透射光源2B和行扫描传感器1均在与输送方向D垂直的宽度方向(与图1的纸面垂直的方向)上较长地延伸。对象物A是在宽度方向上具有规定的长度(宽度)的物品。对于对象物A没有特别的限定，例如，更适合的是具有片状或板状等平坦的形状的物品、光容易透射的物品。另外，有利于拍摄的有例如布料等布状的对象物，或纸类、基板、薄膜等较薄的物品。例如，具有片状或板状等平坦的形状的物品。作为对象物A，可举出例如由织物或针织物等构成的布或坯料等。对象物A也可以是无纺布等。在图1所示的例子中，对象物A在宽度方向及输送方向D上具有长度。
输送装置4例如具有：带式输送机或辊式输送机等输送部、和驱动输送部的马达等驱动部。输送装置4具有规定的输送面及输送路径。输送装置4的输送速度v由后面叙述的输送控制部7控制。
反射光源2A及透射光源2B例如分别为LED。对于这些光源的类型没有特别的限定。只要是设置有多个光源且从各光源射出光的结构，则可以采用任意结构。从光源射出的光例如为可见光、或红外光、紫外光。另外，反射光源2A及透射光源2B例如也可以为同一光源。反射光源2A及透射光源2B例如具有相等的输出。反射光源2A及透射光源2B也可以具有不同的输出。在反射光源2A及透射光源2B上连接有未图示的电源。
两个反射光源2A例如配置于对象物A(输送路径)的上方。例如，一个反射光源2A和另一个反射光源2A配置于输送方向D上的行扫描传感器1的两侧，以相互面对面的方式倾斜地设置。一个反射光源2A及另一个反射光源2A被配置为：从对象物A的正面侧向行扫描传感器1的光轴和输送路径交叉的区域(沿宽度方向延伸的区域)照射光。一个透射光源2B例如配置于对象物A(输送路径)的下方。透射光源2B例如朝向铅垂上方。透射光源2B被配置为：从对象物A的背面侧向行扫描传感器1的光轴和输送路径交叉的区域射出光。这样，反射光源2A在输送路径上配置于与行扫描传感器1相同的一侧，透射光源2B在输送路径上配置于与行扫描传感器1相反的一侧。
控制部5例如为具有例如CPU(Central Processing Unit，中央处理器)等处理器、ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存储器)、及输入输出接口等的计算机。控制部5具有光源控制部6、输送控制部7、以及摄像机控制部8。光源控制部6与反射光源2A及透射光源2B连接，控制反射光源2A及透射光源2B各自的接通和断开(点亮及熄灭)。光源控制部6切换反射光源2A及透射光源2B中的向对象物A照射光的光源。输送控制部7与输送装置4的驱动部连接，控制包括输送速度在内的输送装置4的动作。摄像机控制部8与行扫描传感器1连接，控制行扫描传感器1中的增益值的切换等的后面叙述的各种动作。具体而言，摄像机控制部8控制行扫描传感器1的传感器控制部30。
控制部5的上述的各部中的控制被设定为，使得控制对象的各部即反射光源2A及透射光源2B、输送装置4、以及行扫描传感器1中的各动作在规定的时序上(详情后面叙述)是一致的。
接着，参照图2及图3对本实施方式的行扫描传感器1进行说明。如图2所示，行扫描传感器1具有在行方向(相当于输送装置4的宽度方向)上排列有多个像素101～10N的像素部3。行扫描传感器1是线性图像传感器。行扫描传感器1的像素部只要是至少一维地排列有多个像素的结构即可，也可以包含排列成一列或多列的像素。
行扫描传感器1具备像素部3的N个像素101～10N、读出电路20及传感器控制部30。行扫描传感器1被摄像机控制部8及传感器控制部30控制，从读出电路20向视频线路40依次输出与向各像素10n中所含的光电二极管的入射光量对应的电压值。在此，N为2以上的整数，n为1以上且N以下的各个整数。N个像素101～10N具有共同的结构，以一定间距排列成一维状。各像素10n包含光电二极管，输出与向该光电二极管的入射光量对应的电压值。
读出电路20包含N个保持电路211～21N、N个开关221～22N及N个开关231～23N。各保持电路21n经由开关22n与像素10n的输出端连接，在开关22n从接通状态转换为断开状态之前保持从像素10n输出的电压值。各保持电路21n经由开关23n与视频线路40连接，在开关23n为接通状态时，将保持的电压值输出至视频线路40。
开关221～22N被从传感器控制部30赋予的控制信号控制，在相互相同的时刻切换接通/断开。开关231～23N被从传感器控制部30赋予的控制信号控制，依次仅在一定期间成为接通状态。传感器控制部30不仅控制读出电路20的开关221～22N及开关231～23N各自的接通/断开，还控制像素101～10N中的每一个像素的动作。
图3是表示各像素10n的第一结构例的图。各像素10n具备光电二极管50、MOS晶体管51、MOS晶体管52及源极跟随放大器60。源极跟随放大器60包括MOS晶体管61、动作控制开关62及电流源63。
光电二极管50根据光入射而产生电荷。光电二极管50的阳极与被输入第二基准电位(例如接地电位)的第二基准电位输入端连接。MOS晶体管61的栅极经由MOS晶体管51与光电二极管50的阴极连接，并且经由MOS晶体管52与被输入第一基准电位(例如电源电位)的第一基准电位输入端连接。MOS晶体管61的漏极与第一基准电位输入端连接。
动作控制开关62设置于MOS晶体管61的源极和连接节点64之间。动作控制开关62可由MOS晶体管构成。电流源63设置于连接节点64和第二基准电位输入端之间。电流源63不仅可以包含MOS晶体管而构成，还可以由电阻器构成。
MOS晶体管51、52各自的接通/断开被从传感器控制部30赋予的控制信号控制。在MOS晶体管52为接通状态时，MOS晶体管61的栅极电位被初始化。在MOS晶体管51、52为接通状态时，光电二极管50的接合容量中的电荷的蓄积被初始化。在MOS晶体管51为接通状态且MOS晶体管52为断开状态时，MOS晶体管61的栅极电位成为与向光电二极管50的入射光量对应的电位。
动作控制开关62的接通/断开也是被从传感器控制部30赋予的控制信号控制。在动作控制开关62为接通状态的期间，从第一基准电位输入端经由MOS晶体管61、动作控制开关62及电流源63向第二基准电位输入端流通电流，从连接节点64输出与MOS晶体管61的栅极电位对应的电压值。另一方面，在动作控制开关62为断开状态的期间，源极跟随放大器60中不流通电流，成为功率下降状态。
各像素10n还具备电容元件70及电荷放大器80。电荷放大器80包括放大器81、电容部82及复位开关83。
放大器81具有反转输入端子、非反转输入端子及输出端子。放大器81的非反转输入端子被输入固定的偏压电位。放大器81的反转输入端子经由电容元件70与源极跟随放大器60的连接节点64连接。
电容部82设置于放大器81的反转输入端子和输出端子之间。电容部82蓄积与从源极跟随放大器60输出的电压值对应的量的电荷。电容部82的电容值也可以是固定的，但优选是可变的。电容部82通过包括电容元件84、电容元件85及开关86而构成，能够将电容值设为可变。电容元件85及开关86串联地连接，它们与电容元件84并联地设置。根据开关86为接通/断开的哪一状态，电容部82的电容值不同，电荷放大器80的增益(增益值)不同。开关86的接通/断开被从传感器控制部30赋予的控制信号控制。
复位开关83与电容部82并联地设置于放大器81的反转输入端子和输出端子之间。在复位开关83为接通状态时，电容部82的电荷蓄积被复位。在复位开关83为断开状态时，从放大器81的输出端子输出与电容部82的电荷蓄积量及电容部82的电容值对应的电压值。复位开关83的接通/断开被从传感器控制部30赋予的控制信号控制。
图4是说明各像素10n的动作的时序图。动作控制开关62以一定周期切换接通/断开。在动作控制开关62为接通状态的期间，从像素10n输出与MOS晶体管61的栅极电位对应的电压值；在开关22n从接通状态转换为断开状态之前，由保持电路21n保持从像素10n输出的电压值。在动作控制开关62为断开状态的期间，N个开关231～23N依次仅在一定期间成为接通状态，由N个保持电路211～21N保持的电压值依次被输出至视频线路40。
在动作控制开关62为接通状态的期间，在源极跟随放大器60中流通电流，与之相对，在动作控制开关62为断开状态的期间，在源极跟随放大器60中不流通电流。动作控制开关62为接通状态的期间的长度能够设为接通/断开切换周期的例如15％程度。本实施方式的行扫描传感器1在非使用时能够将动作控制开关62设为断开状态，因此，能够抑制耗电量。动作控制开关62从断开状态转换为接通状态时的源极跟随放大器60的再起动是快速的。因此，在源极跟随放大器60的非使用时，能够将动作控制开关62设为断开状态，将源极跟随放大器60设为功率下降状态。
另外，在行扫描传感器1中，通过具备电荷放大器80，在动作控制开关62为断开状态的期间，复位开关83成为接通状态，电容部82的电荷蓄积被复位。另外，在复位开关83为接通状态的期间，切换开关86的接通/断开，变更电容部82的电容值。即，行扫描传感器1能够切换将来自各像素10n的信号放大的增益值。在动作控制开关62为断开状态的期间，在电荷放大器80中进行复位开关83及开关86各自的接通/断开的切换。
接着，参照图5说明图像获取系统100中的反射光源2A及透射光源2B的切换时刻和行扫描传感器1中的增益值的切换时刻的关系。图5是说明行扫描传感器中的增益值的切换动作的一例的时序图。
如图5所示，在行扫描传感器1中，在复位开关83为接通状态时能够进行增益切换。在能够进行该增益切换的期间内进行向必要的增益值的变更。必要的增益值例如是与被输送的对象物的分光反射率特性对应的值。通过将增益值设为适当的值，例如，S/N提高，异物等的图像判定变得容易。
在图5中一并记载有像素对应期间T1、T2。各像素对应期间T1或T2为一个像素期间，其是基于各像素10n的像素宽度和输送装置4的输送速度求得的期间。例如，规定的像素期间是输送方向D上的各像素10n的像素宽度除以对象物S的输送速度而得到的时间的整数倍。即，当各像素10n的像素宽度变长(变多)时，规定的像素期间变长。另外，当各像素10n的像素宽度变短(变少)时，规定的像素期间变短。另外，当输送速度加快时，规定的像素期间变短。另外，当输送速度变慢时，规定的像素期间变长。该一个像素期间包含能够最长的曝光时间(由反射光源2A或透射光源2B进行的照射时间)。
光源控制部6在像素对应期间T1、T2各自的期间中进行反射光源2A和透射光源2B的切换(照射工序)。另外，摄像机控制部8在利用行扫描传感器1检测反射光或透射光时，控制传感器控制部30，与光源的切换同步地切换增益值(检测工序)。图5所示的“增益切换”是指各像素10n中的电容部82的电容值的变更。在一个像素期间中切换光源的情况下，对象物A的空间分辨率降低，但各照射的曝光时间未改变，因此，能够防止信号的降低。进一步，通过与光源的切换同步地切换增益值，S/N比得到维持。这样，在一个像素期间中，增益值被切换的次数是与光源的种类(本实施方式中两种)对应的次数。例如，在光源的种类为n种的情况下，也能够与光源的切换同步地将增益值切换n次。
根据该图像获取系统100及图像获取方法，利用光源控制部6切换光源，行扫描传感器1与该光源的切换同步地切换将来自各像素10n的信号放大的增益值。由此，调整根据不同的光源(反射光源2A或透射光源2B)而输出的来自各像素10n的信号的增益值。例如，能够调整两种图像的亮度电平。因此，在使用多个光源的情况下，能够高效地获取图像。不需要进行两次拍摄，能够通过一次拍摄获取图像。通过使用本实施方式的行扫描传感器1，能够高速地切换增益，不会残留残影。即，对下一行的读出没有输出的影响。因此，能够进行精度更高的图像的获取。
在基于各像素10n的宽度和对象物A的输送速度的规定的像素期间中，光源控制部6进行多个光源的切换。因此，在规定的像素期间中切换光源，也切换增益值，因此，良好地维持S/N比。
接着，参照图6及图7对本公开的另一个实施方式进行说明。如图6所示，图像获取系统200与之前说明的图像获取系统100的不同方面在于，具备射出波长不同的光的RGB光源2C，来代替反射光源2A及透射光源2B。在图像获取系统200中，光源控制部6控制RGB光源2C，切换B光源、R光源及G光源。
在图像获取系统200中，如图7所示，光源控制部6在像素对应期间T1、T2各自的期间中也进行RGB光源2C的各光源的切换。另外，摄像机控制部8控制传感器控制部30，并与光源的切换同步地切换增益值。在一个像素期间中切换光源的情况下，空间分辨率未降低，但各照射的曝光时间变短，因此，信号降低。但是，通过与光源的切换同步地切换增益值，S/N比得到维持。这样，在一个像素期间中，增益值被切换的次数是与光源的种类(本实施方式中3种)对应的次数。
通过图像获取系统200也能够实现与图像获取系统100相同的作用和效果。另外，根据射出波长不同的光的多个光源，能够高效地获取与被输送的对象物的分光反射特性对应的图像。有利于拍摄例如医药品，或食品、蔬菜、果物等的新鲜度及水分量，和构成对象物的成分，以及异物。此外，也可以将RGB光源2C和前面实施方式的反射光源2A和/或透射光源2B组合。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式。例如，也可以使用反射光源2A、透射光源2B、或RGB光源2C以外的光源。只要行扫描传感器1是与光源的切换同步地切换增益值的结构，就不限于图2、图3所示的结构。也可以采用能够进行增益值的高速切换的其它公知的结构。
只要增益值的切换时刻与光源的切换时刻同步即可，也可以在同一光源的曝光时间中将增益值切换一次或多次。
在图像获取系统100中，也可以适当地变更反射光源2A和/或透射光源2B的个数。在图像获取系统100中，多个光源也可以包含一个或三个以上的反射光源2A。多个光源也可以包含两个以上的透射光源2B。也可以在单一图像获取系统中适当地组合一个或多个反射光源和一个或多个透射光源。在图像获取系统200中，也可以设置多个RGB光源2C。进一步，在图像获取系统100或图像获取系统200中，作为来自对象物A的光，行扫描传感器1在检测反射光或透射光之外，还可以检测例如荧光及散射光等。
行扫描传感器1只要是与光源的切换同步地切换增益值的结构，就不限于图2、图3所示的结构。也可以采用能够进行增益值的高速切换的其它公知的结构。
规定的像素期间也可以是输送方向D上的各像素10n的像素宽度除以对象物S的输送速度而得到的时间(商的值)的多倍(二倍或三倍以上)。在该情况下，在规定的像素期间中也进行多个光源的切换，并与该光源的切换同步地切换增益值。此外，也可以与像素期间无关地(不管上述的商值)进行光源的切换。在该情况下，通过至少与光源的切换同步地切换增益值，也能够高效地获取图像。
在具备射出波长不同的光的多个光源的图像获取系统(作为一例，上述的图像获取系统200等)中，也可以采用如下形式：射出某个波长的光的光源为反射光源，且射出另一个波长的光的光源为透射光源。
使用具有图1～图3所示的结构的图像获取系统100进行了带花纹的坯料的拍摄试验。如图8所示，利用反射光和透射光的组合，在获取的图像中，检测出孔或伤痕(参照图中的圆形标记及三角形标记)等异常部分的检测。与之相对，在仅利用反射光进行的拍摄试验中，虽然确认到伤痕，但是不能确认孔。另外，在仅利用透射光进行的拍摄试验中，虽然确认到伤痕和孔，但由于存在很多坯料薄的部分，因此，得到了这样的薄的部分和孔或伤痕看起来相同的结果。
[附图标记说明]
1…行扫描传感器、
2A…反射光源、
2B…透射光源、
2C…RGB光源、
3…像素部、
4…输送装置、
5…控制部、
6…光源控制部、
7…输送控制部、
8…摄像机控制部、
101～10N…像素、
20…读出电路、
40…视频线路、
50…光电二极管、
60…源极跟随放大器、
80…电荷放大器、
81…放大器、
82…电容部、
100，200…图像获取系统、
A…对象物。
Claims (5)
1.一种图像获取系统，该图像获取系统获取被输送的对象物的图像，其中，
该图像获取系统具备：
多个光源，其射出向所述对象物照射的光；
光源控制部，其切换所述多个光源中向所述对象物照射所述光的光源；以及
行扫描传感器，其检测来自照射所述光后的所述对象物的光，具有至少一维地排列有多个像素的像素部，能够切换将来自各像素的信号放大的增益值，
所述行扫描传感器与所述光源的切换同步地切换所述增益值。
2.根据权利要求1所述的图像获取系统，其中，
所述光源控制部在基于所述各像素的宽度和所述对象物的输送速度的规定的像素期间中进行所述多个光源的切换。
3.根据权利要求1或2所述的图像获取系统，其中，
所述多个光源包括至少一个反射光源和至少一个透射光源。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的图像获取系统，其中，
所述多个光源分别射出波长不同的光。
5.一种图像获取方法，该图像获取方法获取被输送的对象物的图像，其中，
该图像获取方法包括：
使用多个光源向所述对象物照射光的照射工序；和
利用行扫描传感器检测来自照射所述光后的所述对象物的光的检测工序，
所述行扫描传感器具有至少一维地排列有多个像素的像素部，能够切换将来自各像素的信号放大的增益值，
在所述照射工序中，切换所述多个光源中向所述对象物照射所述光的光源，
在所述检测工序中，与所述光源的切换同步地切换所述增益值。
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| JP2021126056 | 2021-07-30 | ||
| JP2021-126056 | 2021-07-30 | ||
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117751572A true CN117751572A (zh) | 2024-03-22 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
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2022
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- 2022-03-25 JP JP2023538265A patent/JPWO2023007845A1/ja active Pending
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Also Published As
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|---|---|
| EP4365818A1 (en) | 2024-05-08 |
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Legal Events
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