CN1599533A - 机器视觉测量系统中的自适应调整光强的照明光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于机器视觉测量系统中的自适应调整光强的照明光源装置。它由图像卡(1)、计算机(2)、PWM控制电路(3)、LED光源(6)和光源主电路(5)组成，图像卡(1)的数据输出端连接计算机(2)的数据输入端，计算机(2)的输出端连接PWM控制电路(3)的输入端，PWM控制电路(3)的输出端连接(5)的控制端，(5)的输出端连接(6)的输入端，计算机(2)中的运算模块由根据图像卡(1)输入的信号计算图像灰度标准差函数(S)和图像方差函数(V)的图像质量量化处理单元(2－1)和根据图像灰度标准差函数(S)和图像方差函数(V)求得最佳电源电流对应值(M)的极大值寻优单元(2－2)组成。本发明依据采集的图像质量自适应调整照明光源的辐射光强，避免了操作人员主观判断的影响。

Description

机器视觉测量系统中的自适应调整光强的照明光源装置

技术领域：

本发明涉及一种用于机器视觉精密测量系统中的自适应调整光强的照明光源装置，这种光源根据被测工件表面的照度主动调整光源辐射光强，使得被测工件在测量过程中始终处于最佳照明状态。

背景技术：

对于被动式机器视觉测量系统，主要依靠环境光或常规光学系统附带的光源进行照明，照明质量对系统的测量精度影响很大，测量中往往因照明质量不高，使视觉图像测量的准确度降低，给测量结果带来很大的误差。目前机器视觉测量系统使用的光源都是由测量人员根据对图像质量的主观判断来调节照明光强，虽然这种方法一定程度上满足测量要求，但调节费时，且操作人员的主观判断会影响测量的精度，而且不可能在实时在线测量系统中使用。为了解决以上问题，有必要研究一种客观判断图像质量，主动调节光强的照明光源装置。

发明内容：

为了解决已有技术只能依靠人的主观判断来调节照明光源的光强，而使图像测量准确度较低的缺陷，提供一种自适应调节光强的光源，从而使工件始终处于最佳照明状态，保证视觉图像的测量准确度。本发明的技术方案如下：一种机器视觉测量系统中的自适应调整光强的照明光源装置，它由图像卡1、计算机2、PWM控制电路3、LED光源6和光源主电路5组成，图像卡1的数据输出端连接计算机2的数据输入端，计算机2的输出端连接PWM控制电路3的输入端，PWM控制电路3的输出端连接光源主电路5的控制端，光源主电路5的输出端连接LED光源6的输入端。计算机2中的运算模块由根据图像卡1输入的信号计算图像灰度标准差函数S和图像方差函数V的图像质量量化处理单元2-1和根据图像灰度标准差函数S和图像方差函数V求得最佳电源电流对应值M的极大值寻优单元2-2组成，极大值寻优单元2-2的输出端连接PWM控制电路3的输入端。本发明提出一种如图1所示的自适应照明光源装置。视觉测量系统中的摄像机采集被光源照明的被测工件的图像，图像经由图像卡1送入计算机2，计算机通过程序用图像灰度标准差函数S和图像方差函数V评价图像的质量，从而能够寻求最优质量所对应的电源电流值M，而后决策调整光源的电流强弱，最后发送电流数字量给光源的PWM控制电路3，通过功率开关5-4实现电流占空比的调节，调整发光二极管的电流使光源增亮或变暗，使当前被测工件表面的照度达到最佳，保证在整个测量过程中被测工件表面的辐照度都处最佳状态。本发明的有益效果是，视觉测量系统可以依据采集的图像质量自适应调整照明光源的辐射光强，可大大提高视觉测量系统的重复性和实时性，避免了操作人员主观判断误差，同时又减少了人为调节的繁琐操作，提高了检测效率。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图，图2是实施方式一中的计算机2的运算模块结构示意图，图3是实施方式二中光源主电路5的结构示意图，图4是实施方式三的结构示意图。

具体实施方式：

具体实施方式一：下面结合图1和图2具体说明本实施方式。它由图像卡1、计算机2、PWM控制电路3、LED光源6和光源主电路5组成，图像卡1的数据输出端连接计算机2的数据输入端，计算机2的输出端连接PWM控制电路3的输入端，PWM控制电路3的输出端连接光源主电路5的控制端，光源主电路5的输出端连接LED光源6的输入端。计算机2中的运算模块由根据图像卡1输入的信号计算图像灰度标准差函数S和图像方差函数V的图像质量量化处理单元2-1和根据图像灰度标准差函数S和图像方差函数V求得最佳电源电流对应值M的极大值寻优单元2-2组成，极大值寻优单元2-2的输出端连接PWM控制电路3的输入端。

图像质量量化处理单元2-1用于求取图像灰度标准差函数S和图像方差函数V，图像灰度标准差函数S和图像方差函数V的表达式分别为：

$S(x,y,I)=\sqrt{\underset{g=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{(g-\stackrel{\‾}{g})}^{2}p\left(g\right)}$ 和 $V(x,y,I)=\mathrm{\Σ\Σ}{[f(x,y)-\stackrel{\‾}{g}]}^2$

式中g—图像的灰度等级；P＝{P(0)，p(1)，…，p(g)，…，p(L-1)}是图像的一阶直方图概率； g—图像的灰度平均值；f(x，y)—图像在像素位置(x，y)处的灰度值；I—电源电流大小。对可调范围内均匀变化光源的电流，采集N幅图像。分别对N幅图像使用前面两个图像质量评价函数进行计算，将结果存入数组。然后在极大值寻优单元2-2中使用遗传算法，即把数组中的数据的适应度函数X求出并两两比对，进行极大值寻优，遗传算法的适应度函数如下式所示：

$X\left(I\right)=\max (\frac{S\left(I\right)}{2}+\frac{\sqrt{V\left(I\right)}}{1192})$

式中S(I)—图像灰度标准差函数；V(I)—图像方差函数。找到最大值后就可得到相应的电源电流值，然后发送该值给PWM电路3即可使被测工件处于最佳照明状态。PWM控制电路3为脉冲宽度调制电路，它控制功率开关5-4，从而调节电流脉冲占空比，改变电流大小。PWM的输出通过功率开关控制LED光源发光的强弱。

具体实施方式二：下面结合图3具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是，光源主电路5由变压器5-1、整流滤波电路5-2、输出整流滤波电路5-3和功率开关5-4组成，变压器5-1的输入端接220V交流市电，变压器5-1的输出端接整流滤波电路5-2的输入端，整流滤波电路5-2的输出端接功率开关5-4的一端，功率开关5-4的另一端接输出整流滤波电路5-3的输入端，输出整流滤波电路5-3的输出端连接LED光源6的输入端。其它组成和连接关系与实施方式一相同。

具体实施方式三：下面结合图4具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是，所述LED光源6为若干个发光二极管VL排列成的若干圈环形阵列，发光二极管VL设置在聚光罩6-1的内表面上。如此设置可以节电，而且是冷光源。

Claims (2)

1、一种机器视觉测量系统中的自适应调整光强的照明光源装置，其特征是它由图像卡(1)、计算机(2)、PWM控制电路(3)、LED光源(6)和光源主电路(5)组成，图像卡(1)的数据输出端连接计算机(2)的数据输入端，计算机(2)的输出端连接PWM控制电路(3)的输入端，PWM控制电路(3)的输出端连接光源主电路(5)的控制端，光源主电路(5)的输出端连接LED光源(6)的输入端，计算机(2)中的运算模块由根据图像卡(1)输入的信号计算图像灰度标准差函数(S)和图像方差函数(V)的图像质量量化处理单元(2-1)和根据图像灰度标准差函数(S)和图像方差函数(V)求得最佳电源电流对应值(M)的极大值寻优单元(2-2)组成，极大值寻优单元(2-2)的输出端连接PWM控制电路(3)的输入端。

2、根据权利要求1所述的机器视觉测量系统中的自适应调整光强的照明光源装置，其特征是所述LED光源(6)为若干个发光二极管(VL)排列成的若干圈环形阵列，发光二极管(VL)设置在聚光罩(6-1)的内表面上。

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