CN212845064U - 一种图纹照明检测系统 - Google Patents

Abstract

一种图纹照明检测系统，其包括光源组件、成像装置、控制装置和处理装置。由于光源组件包括至少三个第一照明模块和至少一个第二照明模块，如此可以利用多个第一照明模块从不同方向向待检测物体投射平面光，利用多个第二照明模块从不同方向向待检测物体投射结构光，从而便于对待检测物体进行二维或三维的无死角照明检测，准确地检测出待检测物体的表面特征，即便是不易发现的物体形体变化也能够稳定地检测出来；此外，该系统具有分体结构简单、操作便捷、功能组成丰富的优点，能够为用户提供更好的系统使用体验。

Description

一种图纹照明检测系统

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，具体涉及一种图纹照明检测系统。

背景技术

随着精密加工、模具设计、工业检测等领域的快速发展，传统二维测量技术的不足日益显现，为满足日趋智能化、微型化、复杂化的生产要求，三维测量技术应用成为研究的方向。

在工业检测中，产品的质量控制是一项非常重要的工作，由于生产线的高速运行以及流水线的自动化作业需求，依靠人力实现产品外观检测、缺陷检查的方法已被逐渐摒弃，取而代之的是二维图像的目标识别方法，由于二维图像只有平面信息，所以对于物体的位置、深度是十分敏感的，也意味着当从多个角度对同一物体拍摄时，通常会得到不同的拍摄结果。而三维的目标识别就可以很好地解决这一问题，依靠物体在空间中外形不变的特性，可很好地获取物体的三维信息，由于三维信息比二维信息多了一维的深度信息，其对姿态、光照等变化不太敏感，受这类因素的影响较小，使三维测量过程中物体识别的鲁棒性大大地得到提高。

目前，非接触式的工业检测方法具有不损坏被检测物体的优势，其相关技术得以迅速发展。通常，非接触式方法根据是否提供主动光源而分为主动视觉方法和被动视觉方法，其中主动视觉方法具备重建精度高、重建细节丰富的特点，被广泛用于工业产品缺陷检测、文物数字化、人脸三维建模等重建要求高的场景；但是主动视觉方法存在对环境光源要求高、处理过程复杂、应用场景大小受限等缺点。被动视觉方法由于其成本低廉、可靠灵活、适应性强等特点而被用于大规模场景重建、机器人定位导航等领域；但是被动视觉方法的主要缺陷是图像特征的提取与匹配严重依赖于图像特征，对于纹理单一、重复、缺失的情况重建效果不佳。

对主动视觉方法的深入研究在一定程度上促进了机器视觉检测技术的发展，以往检测运用2D技术难以解决的问题，可以尝试配合使用3D视觉来完成。但是在实际应用中仍然有些问题难以解决，比如需要融合2D和3D视觉综合进行工业检测的情形，以往的2D相机和3D视觉传感器是分离的，无法从同一视角拍摄检测物体，特别是在一些安装空间受限制的场景，因安装困难将导致无法高效地执行2D和3D视觉的检测，在实际应用中带来不便。此外，有些一体化的3D视觉传感器存在光学投射方向和图像采集方向固定的不足，在某些角度和位置存在遮挡和反光情况，很难获取有效的三维数据，时常造成检测失败的情况发生。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是如何高效地配合进行2D和3D的视觉检测。为解决上述技术问题，本申请提供一种图纹照明检测系统，包括：光源组件，包括至少三个第一照明模块和至少一个第二照明模块，所述第一照明模块用于向待检测物体投射平面光，所述第二照明模块用于向待检测物体投射结构光；成像装置，用于对所述待检测物体进行取像，获取平面光在所述待检测物体上投射形成的第一图像，和/或获取结构光在所述待检测物体上投射形成的第二图像；控制装置，与所述光源组件和所述成像装置连接，用于产生触发信号以驱动所述第一照明模块投射平面光，和/或驱动所述第二照明模块投射结构光，以及同步驱动所述成像装置对所述待检测物体进行取像；处理装置，与所述成像装置连接，用于处理所述成像装置取像得到的所述第一图像以获得所述待检测物体的平面信息，和/或处理所述成像装置取像得到的所述第二图像以获得所述待检测物体的结构信息。

所述光源组件包括灯具主体，各个所述第一照明模块和各个所述第二照明模块以围绕所述灯具主体上一预设区域进行环形排布的方式设置于所述灯具主体上。

各个所述第一照明模块围绕所述预设区域形成外围/内围分布的环状照明带，各个所述第二照明模块围绕所述预设区域形成内围/外围分布的另一环状照明带。

所述灯具主体的预设区域包括用于供所述待检测物体上反射光通过的通过区域，所述成像装置为相机，所述相机的镜头设于所述通过区域内或设于所述通过区域的上方。

所述第一照明模块包括第一腔室和多个第一LED灯；所述第一腔室的至少一个面上设有漫射板；所述多个第一LED灯并列设于所述第一腔室的内部；所述多个第一LED灯用于发出光线并通过所述漫射板后形成投射至所述待检测物体的平面光；所述第二照明模块包括第二腔室和多个第二LED灯；所述第二腔室的一个面上设有LCD面板，所述多个第二LED灯并列设于所述第二腔室的内部；所述LCD面板用于产生光栅，所述多个第二LED灯用于发出光线并通过所述光栅后形成投射至所述待检测物体的结构光。

在对所述待检测物体进行平面检测的情况下，所述控制装置用于控制各个所述第一照明模块依次点亮以分别投射平面光；在对所述待检测物体进行结构检测的情况下，所述控制装置用于控制各个所述第二照明模块交替点亮以分别投射结构光。

所述第二照明模块投射的结构光为预设的条纹图像，所述条纹图像包括相移图像和/或格雷码图像；所述控制装置用于控制各个所述第二照明模块在交替点亮时对所述相移图像和格雷码图像进行交替投射，或者对所述相移图像或格雷码图像进行单独投射。

所述处理装置包括图像融合模块和三维重建模块；所述图像融合模块与所述成像装置连接，用于连续接收所述成像装置取像得到的所述第一图像，融合处理多幅所述第一图像以获得所述待检测物体的平面信息，所述平面信息包括形状特征、纹理特征、缺陷特征中的一者或多者；所述三维重建模块与所述成像装置连接，用于连续接收所述成像装置取像得到的所述第二图像，通过匹配处理多幅所述第二图像以获得所述待检测物体的三维信息，所述三维信息包括高度差、平面度、粗糙度、表面积、体积、距离、宽度、深度、和字符内容中的一者或多者。

所述控制装置和所述处理装置集成在一个装置主体内，所述装置主体内还集成有检测配置模块，所述检测配置模块用于配置所述光源组件和所述成像装置的工作参数，以使得所述控制装置根据配置的工作参数来控制所述光源组件和所述成像装置的工作。

所述的图纹照明检测系统还包括显示装置，所述显示装置与所述装置主体内集成的处理装置连接，用于对所述平面信息和/或所述三维信息进行显示。

本申请的有益效果是：

依据上述实施例的一种图纹照明检测系统，其包括光源组件、成像装置、控制装置和处理装置。第一方面，由于光源组件包括至少三个第一照明模块和至少一个第二照明模块，如此可以利用多个第一照明模块从不同方向向待检测物体投射平面光，利用多个第二照明模块从不同方向向待检测物体投射结构光，从而便于对待检测物体进行无死角的光学照明检测，准确地检测待检测物体的形状，即便是不易发现的物体形体变化也能够稳定地检测出来；第二方面，由于光源组件既可以多角度地投射平面光和/或多角度地投射结构光，那么借助该光源组件不仅能够进行2D照明，也能够进行3D照明，使得后续的图纹照明检测成为可能；第三方面，由于成像装置对待检测物体进行取像的过程中，不仅可以获取平面光在待检测物体上投射形成的第一图像，还可以获取结构光在待检测物体上投射形成的第二图像，那么借助一个成像装置就可以采集二维图像或者三维图像，从而满足2D照明检测或者3D照明检测的检测需求；第四方面，由于将光源组件和成像装置进行分体式设计，使得光源组件和成像装置能够在多种检测场合中进行灵活组配，起到安装便捷、适应性强的应用效果，有效地满足多种物体和产品的检测需求；第五方面，由于控制装置不仅能够产生触发信号来驱动第一照明模块投射平面光，还能够驱动第二照明模块投射结构光，以及同步驱动成像装置对待检测物体进行取像，使得平面光投射与物体取像，或者结构光投射与物体取像的过程均能够进行合理地配合，达到稳定进行图纹照明与稳定进行物体取像的目的；第六方面，由于处理装置集成了图像融合模块和三维重建模块，那么借助图像融合模块可以处理成像装置取像得到的第一图像以获得待检测物体的平面信息，借助三维重建模块可以处理成像装置取像得到的第二图像以获得待检测物体的结构信息，使得同一个装置具备2D和3D的图像处理能力，丰富了以往检测设备的功能；第七方面，本申请的图纹照明检测系统具有分体结构简单、操作便捷、功能组成丰富的优点，能够为用户提供更好的系统使用体验。

附图说明

图1为本申请的图纹照明系统的结构示意图；

图2为光源组件的俯视结构示意图；

图3为第一照明模块的剖面结构示意图；

图4为第二照明模块的剖面结构示意图之一；

图5为第二照明模块的剖面结构示意图之二；

图6为第一照明模块和第二照明模块沿图2中a-a线的剖面结构示意图；

图7为处理装置的结构示意图；

图8为本申请的图纹照明系统的变形结构示意图；

图9为成像装置的结构示意图；

图10为触发进行照明和取像的控制时序图之一；

图11为触发进行照明和取像的控制时序图之二。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

为准确地理解本申请的技术方案及发明构思，这里将对一些光栅投影技术进行简要说明。

实施例一、

请参考图1，本申请公开一种图纹照明检测系统，其主要包括光源组件11、成像装置12、控制装置13和处理装置14，下面分别说明。

光源组件11用来对照明区域内的待检测物体W1进行图纹照明，可以根据检测需要而向待检测物体投射图纹照明所需的平面光或者结构光。在一个具体实施例中，参见图2，光源组件11包括至少三个第一照明模块112和至少一个第二照明模块113，其中第一照明模块112用于向待检测物体W1投射平面光，第二照明模块113用于向待检测物体W1投射结构光。可以理解，这里的平面光是指光强一致且均匀分布的光线投射状态，结构光是指明暗光信号按照一定规律分布的光线投射状态。

需要说明的是，这里的待检测物体W1可以是工业流水线上的产品、物件箱内的机械零件、操作台上的工具等，不做具体限定。

成像装置12可以是相机或摄像机，镜头固定指向待检测物体W1，其用于对待检测物体W1进行取像。在本实施例中，成像装置12可以获取平面光在待检测物体W1上投射形成的第一图像，和/或获取结构光在待检测物体W1上投射形成的第二图像。可以理解，第一图像中具有待检测物体W1在平面光下的成像状态，平面光照射之处亮度较大且容易辨别物体表面的纹理变化；第二图像中具有待检测物体W1在结构光下的成像状态，结构光照射之处会呈现出明暗条纹的形状变化且容易辨别物体表面的结构变化。

需要说明的是，这里的成像装置12具体可以是CCD相机、CMOS相机，或者其它灰度或者彩色摄像机来取像。如果相机/摄像机拍摄的是彩色图像，那么需要将彩色图像转化为灰度图像以便后续进行进一步地图像处理。

控制装置13与光源组件11和成像装置12连接，用于产生触发信号，通过产生的触发信号驱动第一照明模块112投射平面光，和/或驱动第二照明模块113投射结构光，以及同步驱动成像装置12对待检测物体进行取像。可以理解，在物体表面纹理检测的情况下，控制装置13可以按照预设的驱动次序向光源组件11发送触发信号，每次只驱动点亮一个第一照明模块112且由点亮的第一照明模块112投射平面光；此外，在物体表面结构检测的情况下，控制装置13可以按照预设的驱动次序向光源组件11发送触发信号，每次只驱动点亮一个第二照明模块113且由点亮的第二照明模块113投射结构光。

处理装置14与成像装置12连接，其可以具体是图像处理器，用于从成像装置12获取成像装置12通过图像采集得到的第一图像和第二图像，并处理成像装置12取像得到的第一图像以获得待检测物体W1的平面信息，和/或处理成像装置12取像得到的第二图像以获得待检测物体W1的结构信息。可以理解，对第一图像的处理过程相当于图像二维信息的提取过程，利用现有的2D图像处理技术即可实现；对第二图像的处理过程相当于图像三维信息的提取过程，利用现有的3D图像处理技术即可实现，下文将具体说明相关的现有技术。

在一个具体实施例中，参见图2，光源组件包括灯具主体110，各个第一照明模块112(比如4个第一照明模块)和各个第二照明模块113(比如8个第二照明模块)以围绕灯具主体110上一预设区域111进行环形排布的方式设置于灯具主体110上。比如，在灯具主体110的一个照明侧面上，各个第一照明模块112围绕预设区域111形成外围分布的环状照明带，各个第二照明模块113围绕预设区域113形成内围分布的另一环状照明带。环绕预设区域111的两个环状照明带可以形成不同层次的图纹照明效果，若需要平面光检测时则逐一点亮图2中外围设置的环状照明带(即4个第一照明模块112产生的布光效果)，若需要结构光检测时则逐一点亮图2中内围设置的环状照明带(即8个第二照明模块113产生的布光效果)。

可以理解，在另一种情况下，在灯具主体110的一个照明侧面上，各个第一照明模块112围绕预设区域111形成内围分布的环状照明带，各个第二照明模块113围绕预设区域113形成外围分布的另一环状照明带。其中哪一种环状照明带分布在内围可以根据实际需求而设置，这里不做具体限制。

需要说明的是，参见图1和图2，灯具主体110的预设区域111包括用于供待检测物体W1上反射光通过的通过区域。若采用相机作为成像装置12，那么相机的镜头可以设于通过区域内或者设于通过区域的上方，为增大取像范围且便于调试这里可以优选地将相机的镜头设于通过区域的上方，并且接收经过通过区域的反射光来对待检测物体W1进行取像。可以理解，预设区域111位于灯具主体110的中央位置，到达各个照明模块的距离近似相等，当相机的镜头中心面向通过区域时，可以尽可能地从正面对待检测物体W1进行取像，保证不同方向平面光或者结构光投射下取像的稳定性。

在一个具体实施例中，参见图1、图2和图3，由图3具体示意了单个第一照明模块112的结构。第一照明模块112包括第一腔室1121和多个第一LED灯(如附体标记1122示意的LED灯)，第一腔室1121的至少一个面上设有漫射板1123，该漫射板1123用于均匀透过光线且隔离外物，避免灰尘等物质对LED灯造成污染或破坏，具体地，漫射板1123可以采用导光性能较好的亚克力板、玻璃等材料。此外，多个第一LED灯1122并列设于第一腔室1121的内部，多个第一LED灯1122用于发出光线并通过漫射板1123后形成投射至待检测物体W1的平面光。为保证平面光的顺光投射效果且能够直射到待检测物体，可以在正对待检测物体W1的第一腔室1121的侧面上设置漫射板1123，多个第一LED灯1122可以在第一腔室1121内正对/斜对漫射板1123而设置，使得第一LED灯1122、漫射板1123和待检测物体W1处于同一光学直线上，那么平面光能够从漫射板1123所在方向直射到待检测物体。

在一个具体实施例中，参见图1、图2、图4和图5，由图4和图5具体示意了单个第二照明模块113的结构。第二照明模块113包括第二腔室1131和多个第二LED灯(如附体标记1132示意的LED灯)，第二腔室1131的一个面上设有LCD面板1133，多个第二LED灯1132并列设于第二腔室1131的内部。这里的LCD面板1133用于产生光栅，多个第二LED灯1132用于发出光线并通过光栅后形成投射至待检测物体W1的结构光。为保证结构光的顺光投射效果且能够直射到待检测物体，可以在正对待检测物体W1的第二腔室1131的侧面上设置LCD面板1133，多个第二LED灯1132可以在第二腔室1131内斜对LCD面板1133而设置，使得第二LED灯1132、LCD面板1133和待检测物体W1处于同一光学直线上，那么结构光能够从LCD面板1133所在的方向直射到待检测物体。

需要说明的是，在第二照明模块113中，LCD面板1133可以是常见的液晶显示屏，其构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置TFT(薄膜晶体管)，上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。此外，多个第二LED灯1132产生的光相当于LCD面板1133的背景光，通过发光照射LCD面板1133从而产生肉眼可见的光栅条纹，光栅条纹在待检测物体W1上的形状变化反映了待检测物体W1的表面三维结构的变化。

在本实施例中，参见图2和图6，为便于沿a-a线装配第一照明模块112和第二照明模块113，可以将第一照明模块112和第二照明模块113进行结构结合，即将第一照明模块112固定设于第二照明模块113底部边缘处，使得第一照明模块112投射的平面光和第二照明模块113投射的结构光均能够照射至待检测物体W1。

在本实施例中，在对待检测物体W1进行平面检测的情况下，控制装置13用于控制各个第一照明模块112依次点亮以分别投射平面光。在对待检测物体W2进行结构检测的情况下，控制装置13用于控制各个第二照明模块113交替点亮以分别投射结构光。具体地，第二照明模块113投射的结构光为预设的条纹图像，该条纹图像包括相移图像和/或格雷码图像；控制装置13用于控制各个第二照明模块113在交替点亮时对相移图像和格雷码图像进行交替投射，或者对相移图像或格雷码图像进行单独投射。

在本实施例中，参见图7，处理装置14可以包括图像融合模块141和三维重建模块142，分别说明如下。

图像融合模块141与成像装置12连接，用于连续接收成像装置取像得到的第一图像，融合处理多幅第一图像以获得待检测物体的平面信息，这里的平面信息包括形状特征、纹理特征、缺陷特征中的一者或多者。

三维重建模块142与成像装置12连接，用于连续接收成像装置12取像得到的第二图像，通过匹配处理多幅第二图像以获得待检测物体的三维信息，这里的三维信息包括高度差、平面度、粗糙度、表面积、体积、距离、宽度、深度、和字符内容中的一者或多者。

在本实施例中，控制装置13控制各个第一照明模块112的依次点亮过程，处理装置14中的图像融合模块141融合处理多幅第一图像的过程均可以采用现有技术。在专利文献(专利号CN201810019410.9)中公开了一种基于图像融合的检测方法及其检测装置，其中检测方法包括：依次控制多个发光模块从不同方向照射待检测物体，在每个发光模块照射待检测物体时，控制相机拍摄与该发光模块对应的待检测物体的图像，从而获得待检测物体的多帧待检测图像；对多帧待检测图像进行图像融合处理，获得待检测物体的特征图像；对特征图像进行缺陷特征筛选处理，获得待检测物体的表面缺陷特征；输出表面缺陷特征。其中检测装置包括光源、相机和检测控制器。那么，该专利文献中检测控制器依次控制多个发光模块从不同方向照射待检测物体的过程，与本申请中的控制装置13控制各个第一照明模块112的依次点亮过程相同，关于这一过程可以具体参考专利文献中说明书的[0041]段记载内容，比如“检测控制器同时向光源和相机发送同一触发信号，光源收到该触发信号时点亮一个发光模块，相机收到该触发信号时进行拍摄；相机拍摄完成后，检测控制器再次发出触发信号，光源收到该触发信号时控制已点亮的发光模块熄灭并使得该发光模块向下一个发光模块发出LED使能信号并点亮下一个发光模块，相机收到该触发信号时再次进行拍摄，然后检测控制器继续发出触发信号，光源和相机重复这一步骤，直至完成一组检测”。该专利文献中检测控制器对多帧待检测图像进行图像融合处理获得待检测物体的特征图像和表面缺陷特征的过程，与本申请中图像融合模块141融合处理多幅第一图像的过程相同，关于这一过程可以具体参考专利文献中说明书的[0021]-[0070]段记载内容，比如“图像融合处理过程包括从待检测图像中提取纹理信息和/或高度信息的步骤；所述的纹理信息是指因斑点、色差、漏印等色彩差异而造成的缺陷信息，利用这些纹理信息有助于标识待检测物体的具有色彩差异的表面纹理特征；所述的高度信息是指因划痕、凹凸字符、缺损等原因造成的缺陷信息，利用这些高度信息有助于标识待检测物体的具有凸凹差异的表面高度特征；由于获得不同表面缺陷特征所需要的图像存在差异，因此，技术人员可以根据预设的表面缺陷特征类型选择检测控制器的处理方式，是获得纹理图像还是获得高度图像，亦或是同时获得纹理图像和高度图像”。

在本实施例中，控制装置13控制各个第二照明模块113交替点亮的过程可以采用现有技术。在专利文献(专利号CN201821238020.2)中公开了一种非接触式高精度的三维测量系统，其三维测量系统包括：至少一个投影装置，用于向待检测物体投射预设的条纹图像，并在投射条纹图像的同时发射触发信号；图像采集装置分别与各个投影装置连接，用于接收投影装置的触发信号以启动对待检测物体进行取像，来获取条纹图像在待检测物体上投射形成的测量图像；运算处理装置与图像采集装置连接，用于获取测量图像以处理得到待检测物体的高度图像；控制器与运算处理装置连接，用于获取高度图像以处理得到待检测物体的三维信息。那么，该专利文献中投影装置投射预设的条纹图像并同时发射触发信号的过程，与本申请中控制装置13控制各个第二照明模块113交替点亮的过程相同，关于这一过程可以具体参考专利文献中说明书的[0035]-[0037]段记载内容，比如“投影装置用于向待检测物体投射预设的条纹图像，并在投射条纹图像的同时向图像采集装置发射触发信号；在一个实施例中，条纹图像由用户进行预设并通过控制器传输至投影单元进行投射，这里的条纹图像包括相移图像和/或格雷码图像”。

在本实施例中，处理装置14中的三维重建模块142利用三维重建处理多幅第二图像的过程可以采用现有技术。这里可以分为两种情况进行考虑，其一是多幅第二图像来源于单一的第二照明模块多次投射结构光时分别对待检测物体进行取像的结果，其二是多幅第二图像来源于多个的第二照明模块依次投射结构光时分别对待检测物体进行取像的结果。

在其一的情况下，如果多幅第二图像来源于单一的第二照明模块多次投射结构光时分别对待检测物体进行取像的结果，那么三维重建模块142采用的三维重建处理技术可以参考专利文献(专利号CN201811211140.8)中的相关技术内容，该专利文献公开了一种光栅图像投影方法、三维重建方法及三维重建系统，其中的三维重建系统(参见说明书第[0101]-[0103]段)包括投影装置、图像采集装置和运算处理装置，投影装置用于按照保护的光栅图像投影方法对待检测物体进行投影，直至达到预设的投影次数；图像采集装置用于获得每次生成的光栅图像在待检测物体上投影形成的测量图像；运算处理装置用于获取每幅测量图像中各像素点的灰度强度，以构建每幅测量图像的灰度分布向量，及用于根据各幅测量图像的灰度分布向量解相位计算各像素点的投影坐标，通过各像素点的投影坐标对所述待检测物体进行三维重建；进一步地，运算处理装置可包括灰度分布计算单元、解相位计算单元、三维重建单元，其中，灰度分布计算单元用于获取每幅测量图像中各像素点的灰度强度以构建每幅所述测量图像的灰度分布向量，解相位计算单元用于根据每幅测量图像的灰度分布向量解相位计算各像素点的投影坐标，而三维重建单元用于通过各像素点的投影坐标对所述待检测物体进行三维重建。可以理解，该专利文献中涉及的多幅测量图像来源于同一投影位置多次投影下的物体取像结果，运算处理装置能够对多幅测量图像进行三维重建，并得到待检测物体的三维重建结果；如此，本申请中的三维重建模块142可以采用该专利文献中运算处理装置实施的技术，达到对多幅第二图像进行三维重建处理，以得到待检测物体的三维信息的目的。

在其二的情况下，如果多幅第二图像来源于多个的第二照明模块依次投射结构光时分别对待检测物体进行取像的结果，那么三维重建模块142采用的三维重建处理技术可以参考专利文献(专利号CN201821238020.2)中的相关技术内容。在该专利文献中公开了一种非接触式高精度的三维测量系统，说明书的第[0039]-[0080]段具体记载有运算处理装置处理得到待检测物体的高度图像和控制器处理得到待检测物体的三维信息的过程，比如“采用两个投影装置对待检测物体进行进行投影时，图像采集装置分别采集两个投影装置所投射的测量图像，运算处理装置中的三维测量单元能够对分别采集的测量图像进行图像质量优化处理，从各个测量图像中选择图像质量较好的区域”，以及“运算处理装置中的三维重建运算单元根据各个测量图像中每个像素点的相位信息和空间编码信息对该像素点进行解相位处理，得到该像素点处的深度信息，整合各个测量图像中各像素点的深度信息得到待检测物体的三维坐标信息，从而生成包含有待检测物体的三维坐标信息的高度图像；控制器获取用户在高度图像上的选定区域，对选定区域内的各像素点的三维坐标信息进行比较得到选定区域对应的三维信息，这里的三维信息包括高度差、平面度、表面积、体积中的一者或多者；控制器将高度图像映射为灰度图，优选地映射为8位灰度图，获取用户在灰度图上的两选定点，对两选定点的三维坐标信息进行比较，得到两选定点对应的二维信息，这里的二维信息包括距离、二维宽度中的一者或多者”。可以理解，该专利文献中涉及的多幅测量图像来源于不同投影位置依次投影下的物体取像结果，运算处理装置能够对多幅测量图像进行三维重建，控制器能够比较得到选定区域对应的三维信息；如此，本申请中的三维重建模块142可以采用该专利文献中运算处理装置和控制器实施的技术，达到对多幅第二图像进行三维重建处理，以得到待检测物体的三维信息的目的。

需要说明的是，在本实施中，控制装置13和处理装置14的实现功能既可以采用相关专利文献中公开的现有技术手段，也可以采用未来出现的技术手段，在此不做严格地限定。

本领域的技术人员可以理解，利用本实施例公开的技术方案进行物体的二维(2D)和/或三维(3D)检测时，存在以下技术优势：(1)由于光源组件包括至少三个第一照明模块和至少一个第二照明模块，如此可以利用多个第一照明模块从不同方向向待检测物体投射平面光，利用多个第二照明模块从不同方向向待检测物体投射结构光，从而便于对待检测物体进行无死角的光学照明检测，准确地检测待检测物体的表面特征，即便是照明中不易发现的物体形体变化也能够稳定地检测出来；(2)由于光源组件既可以多角度地投射平面光和/或多角度地投射结构光，那么借助该光源组件不仅能够进行2D照明，也能够进行3D照明，使得后续的图纹照明检测成为可能；(3)成像装置对待检测物体进行取像的过程中，不仅可以获取平面光在待检测物体上投射形成的第一图像，还可以获取结构光在待检测物体上投射形成的第二图像，那么借助一个成像装置就可以采集二维图像或者三维图像，从而满足2D照明检测或者3D照明检测的检测需求；(4)将光源组件和成像装置进行分体式设计，使得光源组件和成像装置能够在多种检测场合中进行灵活组配，起到安装便捷、适应性强的应用效果，有效地满足多种物体和产品的检测需求；(5)由于控制装置不仅能够产生触发信号来驱动第一照明模块投射平面光，还能够驱动第二照明模块投射结构光，以及同步驱动成像装置对待检测物体进行取像，使得平面光投射与物体取像，或者结构光投射与物体取像的过程均能够进行合理地配合，达到稳定进行图纹照明与稳定进行物体取像的目的；(6)处理装置集成了图像融合模块和三维重建模块，那么借助图像融合模块可以处理成像装置取像得到的第一图像以获得待检测物体的平面信息，借助三维重建模块可以处理成像装置取像得到的第二图像以获得待检测物体的结构信息，使得同一个装置具备2D和3D的图像处理能力，丰富了以往检测设备的功能。

实施例二、

请参考图8，在实施例一中公开的图纹照明检测系统的基础上，对系统的结构进行了一些改进。

在本实施例中，控制装置13和处理装置14集成在一个装置主体Z1内，具体地可以集成在一块电路板上，由同一个处理芯片或者不同的处理芯片实现触发驱动控制、物体取像控制、图像处理的功能，如此可以减少硬件开销，用户用该装置主体Z1即可同时实现检测控制和图像处理的功能。

进一步地，参见图8，装置主体Z1内还设置有与控制装置13信号连接的检测配置模块15，该检测配置模块15用于配置光源组件11和成像装置12的工作参数，以使得控制装置13根据配置的工作参数来控制光源组件11和成像装置12的工作。具体地，检测配置模块15根据用户的指示生成设置指令(包括投影亮度、投射角度、投射频率、曝光度、投影区域大小、图像相移量等类型的设置指令)至控制装置13，控制装置13根据该些设置指令控制光源组件11中的各个第二照明模块113进行工作；检测配置模块15可以根据用户的指示生成成像条件(比如成像次数、成像间隔、曝光时间等类型的条件)并配置至控制装置13，控制装置13根据该些成像条件控制成像装置12进行工作。检测配置模块15还可以根据用户的操作获得预设条纹图像，条纹图像包括相移图像和/或格雷码图像，将条纹图像以及投影时的设置指令发送至控制装置13，以使得控制装置13控制各个第二照明模块113交替点亮，在点亮的第二照明模块113的LCD面板1133上显示出预设的条纹图像，从而利用光栅投射结构光。

进一步地，参见图8，公开的图纹照明检测系统还包括显示装置16，显示装置16与装置主体Z1内集成的处理装置14连接，用于对处理得到的平面信息和/或三维信息进行显示，以便用户通过观察平面信息及时了解待检测物体的形状特征、纹理特征或缺陷特征，或者通过观察三维信息及时了解待检测物体的表面高度差、平面度、粗糙度、表面积、体积、距离、宽度、深度或字符内容。需要说明的是，这里的显示装置16可以是任意类型的显示器，优选地采用触摸功能的显示器，方便用户和装置主体Z1之间进行互动操作。

在本实施例中，参见图8和图9，成像装置12可以包括相机121、触发标志122、曝光模块123、第一取像模块124、总线125、第二取像模块126和内存模块127。其中，相机121具有光学镜头和感光元件，用于接收待检测物体的反射光并感光成像；触发标志122与曝光模块123连接，曝光模块123用于与装置主体Z1内集成的控制装置13连接且接收触发信号，在触发信号到达时控制触发标志122进行相机121的曝光取像。其中，第一取像模块124与触发标志122连接，用于接收平面光投射情形下取像得到的第一图像；第二取像模块126与触发标志122连接，用于接收结构光投射情形下取像得到的第二图像。其中，总线125与第一取像模块124、第二取像模块126和内存模块127连接，总线125用于对各模块之间进行数据传送，内存模块127具有数据存储功能且用于对第一图像、第二图像进行存储。其中，第一取像模块124、第二取像模块126和内存模块127用于与装置主体Z1内集成的处理装置14连接，内存模块127可以响应于处理装置14发出的请求信号并将存储的第一图像通过第一取像模块124发送至处理装置14，和/或将存储的第二图像通过第二取像模块126发送至处理装置14。

在本实施例中，控制装置13产生的触发信号对光源组件11具有驱动投射平面光或者结构光的作用，对成像装置12具有驱动取像的作用，但是驱动过程应当满足一定的时序要求才能进行有效的配合工作。参见图8和图10，控制装置13在产生针对某一个照明模块的触发信号时，触发信号到达光源组件11后生成针对该照明模块的投射信号，从而使得该照明模块投射平面光或结构光(若针对的是第一照明模块则投射平面光，若针对的是第二照明模块则投射的是结构光)，通常投射信号会在时序上延迟于触发信号；触发信号到达成像装置12后生成取像信号，从而使得成像装置12进行取像操作，通常取像信号会在时序上稍微延迟于投射信号，这里可以保证平面光或者结构光投射到待检测物体上之后才对待检测物体进行取像，保证取像的准确性和稳定性。

在一个具体实施例中，参见图2、图4、图8和图11，为稳定地实现结构光投射和物体取像的效果，这里将对光源组件11、成像装置12、控制装置13的配合工作过程进行说明。首先，设定图2中沿预设区域111相对的两个第二照明模块为一组，那么八个第二照明模块113可分为四组并分别记为A、B、C、D，A组内的第二LED灯和LCD面板分别记为LED1、LCD1，B组内的分别记为LED2、LCD2，C组内的分别记为LED3、LCD3，D组内的分别记为LED4、LCD4，以此类推；此外，设定各组的第一轮触发记为A1、B1、C1、D1，第二轮触发记为A2、B2、C2、D2，第三轮触发记为A3、B3、C3、D3，依次类推。

参见图11，控制装置13产生触发信号并发送至光源组件11，光源组件11中各组内的第二照明模块开始第一轮触发，A组内的LCD1显示出光栅且LED1点亮，光线透过光栅产生结构光，于此同时成像装置12进行曝光取像并随后将取像获得的第二图像进行数据传输至处理装置14；然后，控制装置13发出再同步触发信号，使得A组内的LCD1和LED1均熄灭，B组内的LCD2显示出光栅且LED2点亮，光线透过光栅产生结构光，于此同时成像装置12进行曝光取像并随后将取像获得的第二图像进行数据传输至处理装置14；随后，控制装置13发出再同步触发信号，使得B组内的LCD2和LED2均熄灭，C组内的LCD3显示出光栅且LED3点亮，光线透过光栅产生结构光，于此同时成像装置12进行曝光取像并随后将取像获得的第二图像进行数据传输至处理装置14；之后，控制装置13发出再同步触发信号，使得C组内的LCD3和LED3均熄灭，D组内的LCD4显示出光栅且LED4点亮，光线透过光栅产生结构光，于此同时成像装置12进行曝光取像并随后将取像获得的第二图像进行数据传输至处理装置14；此时第一轮触发完成。

参见图11，在第一轮触发完成之后还可以继续进行第二轮、第三轮甚至更多轮的触发操作，从而得到每轮触发情况下取像得到的多幅第二图像，便于后期利用给些多幅第二图像进行待检测物体的三维重建处理。

本领域的技术人员可以理解，本申请的图纹照明检测系统具有分体结构简单、操作便捷、功能组成丰富的优点，能够为用户提供更好的系统使用体验。以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (8)

1.一种图纹照明检测系统，其特征在于，包括：

光源组件，包括至少三个第一照明模块和至少一个第二照明模块，所述第一照明模块用于向待检测物体投射平面光，所述第二照明模块用于向待检测物体投射结构光；

成像装置，用于对所述待检测物体进行取像，获取平面光在所述待检测物体上投射形成的第一图像，和/或获取结构光在所述待检测物体上投射形成的第二图像；

控制装置，与所述光源组件和所述成像装置连接，用于产生触发信号以驱动所述第一照明模块投射平面光，和/或驱动所述第二照明模块投射结构光，以及同步驱动所述成像装置对所述待检测物体进行取像；

处理装置，与所述成像装置连接，用于处理所述成像装置取像得到的所述第一图像以获得所述待检测物体的平面信息，和/或处理所述成像装置取像得到的所述第二图像以获得所述待检测物体的结构信息。

2.如权利要求1所述的图纹照明检测系统，其特征在于，所述光源组件包括灯具主体，各个所述第一照明模块和各个所述第二照明模块以围绕所述灯具主体上一预设区域进行环形排布的方式设置于所述灯具主体上。

3.如权利要求2所述的图纹照明检测系统，其特征在于，各个所述第一照明模块围绕所述预设区域形成外围/内围分布的环状照明带，各个所述第二照明模块围绕所述预设区域形成内围/外围分布的另一环状照明带。

4.如权利要求2所述的图纹照明检测系统，其特征在于，所述灯具主体的预设区域包括用于供所述待检测物体上反射光通过的通过区域，所述成像装置为相机，所述相机的镜头设于所述通过区域内或者设于所述通过区域的上方。

5.如权利要求2所述的图纹照明检测系统，其特征在于，所述第一照明模块包括第一腔室和多个第一LED灯；所述第一腔室的至少一个面上设有漫射板；所述多个第一LED灯并列设于所述第一腔室的内部；所述多个第一LED灯用于发出光线并通过所述漫射板后形成投射至所述待检测物体的平面光；

所述第二照明模块包括第二腔室和多个第二LED灯；所述第二腔室的一个面上设有LCD面板，所述多个第二LED灯并列设于所述第二腔室的内部；所述LCD面板用于产生光栅，所述多个第二LED灯用于发出光线并通过所述光栅后形成投射至所述待检测物体的结构光。

6.如权利要求5所述的图纹照明检测系统，其特征在于，在对所述待检测物体进行平面检测的情况下，所述控制装置用于控制各个所述第一照明模块依次点亮以分别投射平面光；在对所述待检测物体进行结构检测的情况下，所述控制装置用于控制各个所述第二照明模块交替点亮以分别投射结构光。

7.如权利要求6所述的图纹照明检测系统，其特征在于，所述第二照明模块投射的结构光为预设的条纹图像，所述条纹图像包括相移图像和/或格雷码图像；所述控制装置用于控制各个所述第二照明模块在交替点亮时对所述相移图像和格雷码图像进行交替投射，或者对所述相移图像或格雷码图像进行单独投射。

8.如权利要求1-7中任一项所述的图纹照明检测系统，其特征在于，还包括显示装置，所述显示装置与所述处理装置连接，用于对所述平面信息和/或所述结构信息进行显示。

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