一种图像灰度的光源补偿装置及补偿方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种图像灰度的光源补偿装置及补偿方法，包括组成灰度控制回路的硬件以及应用于图像灰度补偿的灰度处理方法和控制算法2部分，硬件方面包括每个LED点光源亮度都可单独调节的线形光源及其控制和驱动电路、工业线阵相机及其采集卡和计算机，而每一个LED亮度调节过程由算法实施控制。测量过程中，对获取图像的垂直方向提取灰度均值曲线，所述装置利用最小二乘法对灰度均值曲线进行多项式拟合，选取拟合误差最小的拟合结果作为背景图像灰度，根据拟合结果，计算机通过比例控制调节LED的亮度对缺陷图像进行补偿，从而解决由于光照不均匀或机械机构不精确的原因造成的工业相机采集图像的灰度不均匀问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于表面缺陷智能检测
，涉及一种图像灰度的光源补偿装置及补偿方法。
技术介绍
具有轴对称形状的机械零件，目前最新的技术是使用机器视觉系统对其进行非接触式的无损检测，检测系统包括线阵工业相机、旋转平台、光源和计算机等，见图1，系统的工作原理：将其放置在旋转平台上旋转，放置于侧面的工业线阵相机由上至下逐行扫描拍摄其侧面，见图2(b)，相机的采集卡收集每一行的数据，并将该数据组成一幅完整的图像，但是由于光照不均匀或机械机构不精确的原因经常造成的工业相机采集图像的纵向灰度不均匀。本专利技术为了解决这个问题，提出了硬件上和处理方法上的一系列方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种图像灰度的光源补偿装置及补偿方法。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种图像灰度的光源补偿装置，包括终端以及用于安放被测物的旋转平台，终端包括壳体、安装于壳体表面的LED光源和线阵相机以及设置于壳体内用于控制图像灰度的均匀性的图像灰度闭环控制回路；旋转平台的下方安装有光电编码器，光电编码器与安装在旋转平台主轴上的轮子连接，用于产生作为线阵相机行扫描触发信号的脉冲信号。本专利技术进一步的改进在于：LED光源为两列竖直设置于线阵相机两侧的线型LED阵列，每列LED阵列包括外壳以及设置于外壳内的呈线型排布的若干LED点光源，两列LED阵列均与图像灰度闭环控制回路中的光源控制和驱动电路电连接。图像灰度闭环控制回路包括控制器、执行器以及传感器，控制器，执行器由光源控制和驱动电路以及LED光源构成，传感器由线阵相机、采集卡以及光电编码器组成；控制器的控制端与光源控制和驱动电路电连接，光源控制和驱动电路与LED光源电连接；线阵相机与采集卡输入端相连，光电编码器与采集卡的控制信号输入端相连，采集卡的信号输出端与控制器的信号输入端相连。光源控制和驱动电路包括为整个电路供电的直流电源以及与控制器相连的并行I/O口，并行I/O口的控制端与地址分配电路相连，输出端连接多路8位锁存器，每路8位锁存器的输出依次连接D/A转换电路、驱动电路以及LED点光源。一种采图像灰度的光源补偿方法，包括以下步骤：1)采用线阵相机获取被测图像，并提取被测图像的灰度均值曲线；2)利用最小二乘法对灰度均值曲线进行拟合，计算对应的拟合多项式的拟合误差；3)将拟合误差最小的拟合多项式设置为最佳拟合多项式，则最佳拟合多项式为：其中，g(n)为图像纵向的灰度；n为从上至下的灰度点位置，n＝1,2,...,N，N为灰度点位置总数；I为拟合多项式最高阶次；i为代表各阶多项式；ai为拟合多项式系数；4)利用最佳拟合多项式的最高阶次判断其是否需要补偿，若其阶次大于预设阶数，则需要补偿，执行步骤5)；否则不需要补偿；5)根据LED光照位置与获取到的图像的灰度之间的对应关系，采用比例控制P，发出对每个LED点光源的控制量。其进一步的改进在于：步骤1)中，线阵相机获取的缺陷图像的单一方向图像灰度均值曲线，单一方向是图像的水平方向或垂直方向。步骤2)的具体方法如下：利用最小二乘法对灰度均值曲线分别进行一次、二次、三次及四次多项式拟合，获取一次、二次、三次及四次多项式拟合对应的一次、二次、三次及四次拟合多项式，并计算一次、二次、三次及四次多项式拟合对应的拟合误差。步骤5)中，LED光照位置与获取到的图像的灰度之间的对应关系如下：每一个LED点光源中心点所对应的像素点从上至下位置编号为m，m＝1,2,...,M，M为LED中心对应的像素点总数；n与m的关系是：n＝kj-1,jm+n0(2)其中，j＝1,2,...,J，J为LED总个数；kj-1,j为编号为j-1和j的两个相邻LED点光源中心点所对应的纵向灰度点的位置差，m同样满足式(1)，即有：g(m)为每个LED对应位置的灰度。根据每个LED对应位置的灰度g(m)，设定该控制系统的灰度给定值为G，目前的LED量度控制量为L(m)，如下：L(m)＝L(m)+P[G-g(m)](4)其中，P是比例系数，根据式(4)的P控制算法能够计算出第m个LED的亮度控制量，从而实现对每一个LED光源亮度的闭环控制，直至被测零件图像纵向的灰度均匀为止。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术利用拟合和控制算法，实现了图像灰度补偿，避免了由于光照不均匀或机械机构不精确的原因造成的工业相机采集图像灰度不均匀的问题。使得图像便于进行处理，从而增加缺陷特征的识别度，最终达到提高精密机械零件表面缺陷的检测效率的目的。硬件方面包括每个LED点光源亮度都可单独调节的线形光源及其控制和驱动电路、工业线阵相机及其采集卡和计算机，而每一个LED亮度调节过程由算法实施控制。测量过程中，对获取图像的垂直方向提取灰度均值曲线，所述装置利用最小二乘法对灰度均值曲线进行多项式拟合，选取拟合误差最小的拟合结果作为背景图像灰度，根据拟合结果，计算机通过比例控制调节LED的亮度对缺陷图像进行补偿，从而解决由于光照不均匀或机械机构不精确的原因造成的工业相机采集图像的灰度不均匀问题。【附图说明】图1为本专利技术LED光源的安装方式示意图；图2为本专利技术光电编码器的安装位置示意图；图3-1为LED光源的俯视图；图3-2为LED光源的侧视图；图4为本专利技术图像灰度闭环控制回路的示意图；图5为本专利技术光源驱动和控制电路图；图6为本专利技术补偿方法的流程图；图7为本专利技术实施例的缺陷图像处理前后的对比图；其中，(a)为原始图像，(b)为背景图像，(c)为补偿图像；图8为本专利技术实施例的最佳多项式拟合曲线图。其中：1-被测物；2-旋转平台；3-LED光源；4-线阵相机；5-外壳；6-LED点光源；7-光电编码器。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：参见图1-3，本专利技术图像灰度的光源补偿装置，包括终端以及用于安放被测物1的旋转平台2，终端包括壳体、安装于壳体表面的LED光源3和线阵相机4以及设置于壳体内用于控制图像灰度的均匀性的图像灰度闭环控制回路；旋转平台2的下方安装有光电编码器7，光电编码器7与安装在旋转平台主轴上的轮子连接，用于产生作为线阵相机4行扫描触发信号的脉冲信号。如图1所示，LED光源3为两列竖直设置于线阵相机4两侧的线型LED阵列，每列LED阵列包括外壳5以及设置于外壳5内的呈线型排布的若干LED点光源6，两列LED阵列均与图像灰度闭环控制回路中的光源控制和驱动电路电连接，如图3-1和3-2所示。如图4所示，图像灰度闭环控制回路包括控制器、执行器以及传感器，控制器，执行器由光源控制和驱动电路以及LED光源3构成，传感器由线阵相机4、采集卡以及光电编码器7组成；控制器的控制端与光源控制和驱动电路电连接，光源控制和驱动电路与LED光源3电连接；线阵相机4与采集卡输入端相连，光电编码器7与采集卡的控制信号输入端相连，采集卡的信号输出端与控制器的信号输入端相连。如图5所示，光源控制和驱动电路包括为整个电路供电的直流电源以及与控制器相连的并行I/O口，并行I/O口的控制端与地址分配电路相连，输出端连接多路8位锁存器，每路8位锁存器的输出依次连接D/A转换电路、驱动电路以及LED点光源6。本专利技术图像灰度补偿的装置，可以应用于进行图像灰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像灰度的光源补偿装置，其特征在于，包括终端以及用于安放被测物(1)的旋转平台(2)，终端包括壳体、安装于壳体表面的LED光源(3)和线阵相机(4)以及设置于壳体内用于控制图像灰度的均匀性的图像灰度闭环控制回路；旋转平台(2)的下方安装有光电编码器(7)，光电编码器(7)与安装在旋转平台主轴上的轮子连接，用于产生作为线阵相机(4)行扫描触发信号的脉冲信号。

【技术特征摘要】
1.一种图像灰度的光源补偿装置，其特征在于，包括终端以及用于安放被测物(1)的旋转平台(2)，终端包括壳体、安装于壳体表面的LED光源(3)和线阵相机(4)以及设置于壳体内用于控制图像灰度的均匀性的图像灰度闭环控制回路；旋转平台(2)的下方安装有光电编码器(7)，光电编码器(7)与安装在旋转平台主轴上的轮子连接，用于产生作为线阵相机(4)行扫描触发信号的脉冲信号。2.根据权利要求1所述的图像灰度的光源补偿装置，其特征在于，LED光源(3)为两列竖直设置于线阵相机(4)两侧的线型LED阵列，每列LED阵列包括外壳(5)以及设置于外壳(5)内的呈线型排布的若干LED点光源(6)，两列LED阵列均与图像灰度闭环控制回路中的光源控制和驱动电路电连接。3.根据权利要求1所述的图像灰度的光源补偿装置，其特征在于，图像灰度闭环控制回路包括控制器、执行器以及传感器，控制器，执行器由光源控制和驱动电路以及LED光源(3)构成，传感器由线阵相机(4)、采集卡以及光电编码器(7)组成；控制器的控制端与光源控制和驱动电路电连接，光源控制和驱动电路与LED光源(3)电连接；线阵相机(4)与采集卡输入端相连，光电编码器(7)与采集卡的控制信号输入端相连，采集卡的信号输出端与控制器的信号输入端相连。4.根据权利要求3所述的图像灰度的光源补偿装置，其特征在于，光源控制和驱动电路包括为整个电路供电的直流电源以及与控制器相连的并行I/O口，并行I/O口的控制端与地址分配电路相连，输出端连接多路8位锁存器，每路8位锁存器的输出依次连接D/A转换电路、驱动电路以及LED点光源(6)。5.一种采用根据权利要求1-4任意一项所述装置的图像灰度的光源补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采用线阵相机获取被测图像，并提取被测图像的灰度均值曲线；2)利用最小二乘法对灰度均值曲线进行拟合，计算对应的拟合多项式的拟合误差；3)将拟合误差最小的拟合多项式设置为最佳拟合多项式，则最佳拟合多项式为：g(n)=Σi=1Iaini---(1)]]>其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周强，杜晞盟，陈颖，胡江涛，王铮，李敏，王亚波，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61