一种基于皮革表面缺陷检测的LED自由曲面阵列制造技术

本发明专利技术公开了一种基于皮革表面缺陷检测的LED自由曲面阵列，属于机器视觉检测LED照明领域。通过构建一个空间LED自由曲面上的阵列离轴照度分布理论模型；引入基于模拟退火的粒子群优化算法和设定约束条件，构建均匀度评价函数，优化模拟获得可实现单侧离轴均匀照明的LED自由曲面阵列的最优解。所述的LED阵列能够实现均匀照明，照度均匀度达到91.86％。本发明专利技术的LED自由曲面阵列能够用于单色纹理皮革印制过程的检测，能够凸显并易于直接在线检测，达到了通过单侧离轴均匀照明法检测印染缺陷的目的。本发明专利技术的LED自由曲面阵列照明可以准确、快速的检测皮革表面的暗纹。

【技术实现步骤摘要】
一种基于皮革表面缺陷检测的LED自由曲面阵列
本专利技术涉及一种基于皮革表面缺陷检测的LED自由曲面阵列，属于机器视觉检测LED照明领域。
技术介绍
人造皮革由于价格低廉，色彩丰富等优点已经广泛应用于我们的生活中，人们对皮革产品的质量要求也越来越高，不仅对皮革表面气泡、白斑、暗纹、划痕、污渍等较为明显的缺陷必须检测，对一些只能在某些角度或特殊照明才能看到的颜色不均等印染缺陷也不容忽视了。为了提高生产效率和产品质量的稳定性，机器视觉检测成为发展趋势。照明光源是机器视觉系统的重要组成部分。光源的选择会影响到成像质量，进而影响到整个系统的性能。光源的作用是获得对比鲜明的图像、将感兴趣部分和其他部分的灰度值差异加大、尽量消除不感兴趣部分、提高信噪比，利于图像处理等。在皮革表面检测中，由于皮革自身纹理的存在，会影响检测结果，采用合理的照明方式加大缺陷与皮革自身纹理的对比就显得尤为重要。对于单色的皮革纹理表面存在的印染缺陷，只有通过单方向的低角度均匀照明才能突显出来。目前已有的解决方式是通过图像处理使不均匀照明所获得的图像达到检测要求，但是图像处理不仅会增加运算时间，而且稳定性较差。采用一种能够实现单侧离轴均匀照明的光源减少了图像处理的运算时间，提高了系统的稳定性，进一步地提高了检测系统成功率和效率。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术问题，提供一种基于皮革表面缺陷检测的LED自由曲面阵列。通过构建一个LED离轴照度分布理论模型，利用粒子群优化算法得出一组最优解，得出一个能够实现对目标面均匀照射的LED阵列。本专利技术的技术方案：一种基于皮革表面缺陷检测的LED自由曲面阵列，通过(1)构建一个空间LED自由曲面上的阵列离轴照度分布理论模型；(2)引入基于模拟退火的粒子群优化算法、设定约束条件、构建均匀度评价函数，优化模拟获得能够实现单侧离轴均匀照明的LED自由曲面阵列的最优解；得出一个LED自由曲面阵列。在一种实施方式中，所述的LED阵列能够实现均匀照明，照度均匀度达到91.86％。一种基于皮革表面缺陷检测的LED自由曲面阵列，LED阵列照度分布为其中(X,Y,Z)是LED在空间坐标系的坐标，n1是LED行的总数，n2是LED列的总数，其中x，y是目标面上任意一点在x，y轴上的坐标，中I0为LED的光强，θ1/2为LED半角宽度，Z是LED的位置到目标面的距离，α为光轴与目标面的法线的夹角，β是目标面上任意一点光线照射角度与目标面法线的夹角，i是LED阵列中某颗LED所在的行数，j是LED阵列中某颗LED所在的列数。在一种实施方式中，LED阵列中每颗LED的位置和角度符合：在一种实施方式中，所述的构建一个空间LED自由曲面上的阵列离轴照度分布理论模型包括：Ⅰ.计算LED同轴照明时，目标面上任意一点的D(x,y,0)处的照度为式(1)，所述的同轴照明是LED光轴与目标面的法线平行，如图1所示；其中，式(1)(X,Y,Z)是LED在空间坐标系的坐标，其中x，y是目标面上任意一点在x，y轴上的坐标，中I0为LED的光强，m＝-ln2/ln(cosθ1/2)，θ1/2为LED半角宽度，Z是图1中LED的位置到目标面的距离如所示，是图1中LED位置到目标面中任意一点的位置如所示；Ⅱ.整理式(1)得到式(2)Ⅲ.推导离轴照明，所述的离轴照明是LED光轴与目标面的法线不平行，即当光轴与目标面的法线的夹角α不为零时，如图2所示，LED在目标面上的照度分布模型为式(3)；其中β是目标面上任意一点光线照射角度与目标面法线的夹角如图2所示，其中图2中LED位置到目标面中任意一点的位置Ⅳ.推导LED阵列的离轴照度分布，考虑到LED为非相关光源和光的叠加性，则空间上分布有n1×n2颗LED时，n1是LED行的总数，n2是LED列的总数，LED在目标区域照度满足线性叠加，LED阵列的离轴照度分布模型为式(4)：式(4)表明，每颗LED需要有4个参量来确定E，整个阵列需要4n1n2(LED的位置x，y，z，角度α)个参量来确定，数量非常大。Ⅴ.简化阵列模型，令LED沿Y方向均匀分布，间距为d，均相对于阵列中心轴对称分布，阵列中心点偏转角为α0，其相邻的LED1的角度为α1，如图3所示，根据图3推导出式(5)：根据式(5)，则n1×n2颗LED阵列中每颗LED的位置和角度符合：由式(4)和(6)即可构建出整个LED阵列的分布，这时需要求解的参量已经变为n1+n2个，运算量得到了很大简化。在一种实施方式中，所述的优化目标函数包括：定义照度均匀度μ，其中，为目标面照度平均值，Emax为目标面照度最大值；根据式(7)，以μ作为均匀度评价指标，以均匀度最大为优化目标，μ最大为1，构建收敛的优化目标函数F：在一种实施方式中，所述的约束条件是，在一种实施方式中，所述的优化算法步骤为：S1.随机获取LED位置坐标参数x，y，z和角度α；S2.判断获取的坐标参数是否符合约束条件，符合约束条件进入步骤S3，否则转步骤S1；S3.将步骤S2中符合约束条件的参数代入式(4)、(6)、(8)中计算；S4.将步骤S3中的结果代入式(9)，判断F是否是最小值，F是最小值则为最优解，否则转步骤S3。本专利技术的另一个目的根据上述的LED阵列在机器视觉皮革缺陷检测系统中的应用，所述的系统包括图像采集系统为水星MER-200CCD、检测样品、LTH-300条形光源。在一种实施方式中，所述的机器视觉皮革缺陷检测系统中的应用，包括在Halcon平台上通过编程用Laws纹理滤波提取纹理特征，高斯混合模型分类器进行缺陷检测。在一种实施方式中，所述的检测样品是贝内克长顺公司提供的存在表面印染缺陷的单色纹理皮革。本专利技术的另一个目的是提供一种单侧离轴均匀照明的照明装置的制作方法，根据上述LED自由曲面阵列设计一个曲面边框3D结构以固定基板并控制LED阵列装置，在边框上Yj处预留10mm×1mm的嵌槽，嵌槽底面与曲面相切，基板嵌入槽内，以准确控制LED的位置和角度。在一种实施方式中，考虑LED发热及基板的重量，选取抗拉伸强度和耐热形变的尼龙材料，通过3d打印得到曲型边框。利用DXP软件设计条形基板，将LED灯珠安装在基板上。借助以上技术方案，本专利技术的有益效果为：本专利技术可以实现单侧离轴的均匀照明，照度均匀度达到91.86％。本专利技术用于皮革表面纹理缺陷检测中，可以检测使用其他照明装置无法识别的印染缺陷。本专利技术的一种能够实现单侧离轴均匀照明的LED阵列应用于皮革表面纹理缺陷检测系统中，能够减少了图像处理的运算时间，提高了系统的稳定性，进一步地提高了检测系统成功率和效率。附图说明图1是本专利技术LED同轴光照示意图；图2是本专利技术LED离轴光照示意图；图3是本专利技术曲面LED阵列分布及光照示意图；图4是本专利技术所用曲面LED阵列的模型示意图；图5是优化得到照度图；图6是LED曲面边框3D结构图；图7是采集系统图；图8是实际LED阵列测量的照度图；图9是皮革检测平台系统图；图10是皮革检测图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术具体实施方式做进一步详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1一、推导LED阵列离轴照度分布理论模型图1为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于皮革表面缺陷检测的LED自由曲面阵列，其特征在于，LED阵列的照度分布为：

【技术特征摘要】
1.一种基于皮革表面缺陷检测的LED自由曲面阵列，其特征在于，LED阵列的照度分布为：其中(X,Y,Z)是LED在空间坐标系的坐标，n1是LED行的总数，n2是LED列的总数，其中x，y是目标面上任意一点在x，y轴上的坐标，中I0为LED的光强，θ1/2为LED半角宽度，Z是LED的位置到目标面的距离，α为光轴与目标面的法线的夹角，β是目标面上任意一点光线照射角度与目标面法线的夹角，i是LED阵列中某颗LED所在的行数，j是LED阵列中某颗LED所在的列数。2.根据权利要求1所述的一种LED阵列，其特征在于，LED阵列沿Y方向均匀分布，间距为d，均相对于阵列中心轴对称分布，阵列中心点偏转角为α0，其相邻的LED的角度为α1，LED阵列中每颗LED的位置和角度符...

【专利技术属性】
技术研发人员：高淑梅，王德宇，钱维莹，曹建军，杨国锋，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32