在双光谱数字成像焊接头盔中实现高动态范围制造技术

披露了在电弧焊接过程期间提供双光谱、可实时查看、增强用户对电弧焊接特性之间的区分的电弧焊接系统、方法和装置。焊工面罩被配置用于防护用户免受有害辐射，并且包括用于提供双光谱(即，可见光谱和红外光谱两者)实时数字视频图像帧的一个或多个数字摄像机。曝光控制器在逐帧的基础上实时控制所述相机的曝光水平。所述焊工面罩还配置有光学显示组件，所述光学显示组件用于在所述用户佩戴所述面罩时向所述用户显示实时数字视频图像帧。对可见光谱视频图像帧和红外光谱视频图像帧执行图像处理以生成双光谱视频图像帧，从而提供所述电弧焊接过程中的可见特性和热特性两者的整合且优化的视图，所述视图可由所述用户在所述光学显示组件上实时查看。

Realization of High Dynamic Range in Bispectral Digital Imaging Welded Helmet

Arc welding systems, methods and devices that provide a bispectral, real-time view and enhance the user's distinction between arc welding characteristics during the arc welding process are disclosed. Welder masks are configured to protect users from harmful radiation and include one or more digital cameras for providing real-time digital video image frames of bispectrum (i.e., visible spectrum and infrared spectrum). The exposure controller controls the exposure level of the camera in real time on a frame-by-frame basis. The welder mask is also provided with an optical display component for displaying a real-time digital video image frame to the user when the user wears the mask. An image processing is performed on the visible spectrum video image frame and the infrared spectrum video image frame to generate a bispectral video image frame, thereby providing an integrated and optimized view of the visible and thermal characteristics of the arc welding process, which can be viewed in real time by the user on the optical display component.

【技术实现步骤摘要】
在双光谱数字成像焊接头盔中实现高动态范围
某些实施例涉及在电弧焊接过程期间对电弧焊接特性的可视化。更具体地，某些实施例涉及一种在电弧焊接过程期间提供双光谱、可实时查看、增强用户对电弧焊接特性之间的区分的系统、方法和装置(例如，焊接头盔)。
技术介绍
在电弧焊接过程期间，会发射各种形式的辐射，包括在可见光谱、红外光谱和紫外光谱中的光。所发射的辐射可能具有高强度，并且如果用户没有受到正确的保护，则可能伤害用户的眼睛和/或皮肤。传统上，用户佩戴具有带有一个或多个保护性透镜的窗口的常规焊接头盔，以使辐射强度降低到安全水平。然而，这种保护性透镜在为用户提供充分保护的同时减少了穿过镜片的光量，并且不允许用户以最优方式看到电弧焊接过程中的可见特性。例如，可能滤除了用户更希望看到的电弧和/或熔融金属熔池的某些可见特性，或者来自电弧焊接过程的烟雾可能在部分过程期间掩盖了电弧和/或熔融金属熔池。此外，这种保护性透镜根本不允许用户看到电弧、熔池、或周围金属的热特性或红外特性。而且，需要矫正透镜的用户当使用常规头盔时是不利的，并且仅限于使用提供某一放大率的一些“以假乱真”的透镜。通过将常规的、传统的和所提出的方法与本申请的其余部分中参照附图阐述的本专利技术的实施例相比较，这些方法的进一步的局限性和缺点对本领域内的技术人员而言将变得明显。
技术实现思路
本文披露了在电弧焊接过程期间提供双光谱、可实时查看、增强用户对电弧焊接特性之间的区分的电弧焊接系统、方法和装置。焊工面罩被配置用于防护用户免受有害辐射，并且包括用于提供双光谱(即，可见光谱和红外光谱两者)实时数字视频图像帧的一个或多个数字摄像机。所述焊工面罩还配置有用于在电弧焊接过程期间佩戴所述面罩时向所述用户显示实时数字视频图像帧的光学显示组件。对可见光谱视频图像帧和红外光谱视频图像帧执行图像处理以生成双光谱视频图像帧，从而提供所述电弧焊接过程中的可见特性和热特性两者的、可由所述用户在所述光学显示组件上查看的整合且优化的视图。因此，对于给定的焊接过程，用户能够查看所述电弧焊接过程中的期望的可见特性和热特性。不想要的特性和障碍物被滤除，而想要的特性被保留并增强，从而实时地向用户提供对电弧焊接过程中的最大洞察力和意识。通过这种最大洞察力和意识，用户可以更加容易且有效地调整他的焊接技术以形成优质焊缝。例如，用户可以能够更加清楚地查看和理解焊接熔池的“冻结”或凝固特性并且具有更好的瞬时焊接知识，并且因此能够有更多控制，从而产生更好的焊缝。在一个实施例中，披露了一种向用户提供电弧焊接特性之间的增强的区分的双光谱数字成像电弧焊接系统。所述系统包括焊工面罩，所述焊工面罩被配置成佩戴在用户的头部上并且用于至少防护所述用户的眼睛免受由电弧焊接过程发射的光谱辐射。所述系统还包括可见光谱数字摄像机，所述可见光谱数字摄像机与所述焊工面罩物理上整合，并且被配置用于提供原始可见光谱实时数字视频图像帧。所述系统进一步包括红外光谱数字摄像机，所述红外光谱数字摄像机与所述焊工面罩物理上整合，并且被配置用于提供原始红外光谱实时数字视频图像帧。所述系统还包括曝光控制器，所述曝光控制器与所述可见光谱数字摄像机和所述红外光谱数字摄像机可操作地接口连接。所述曝光控制器被配置用于根据由所述曝光控制器执行的曝光控制算法在逐帧的基础上实时调整所述可见光谱数字摄像机的曝光水平和所述红外光谱数字摄像机的曝光水平中的至少一者。所述系统进一步包括光学显示组件，所述光学显示组件与所述焊工面罩物理上整合，并且被配置用于在所述用户正在佩戴所述焊工面罩时向所述用户呈现实时数字视频图像。所述系统还包括视觉引擎，所述视觉引擎与所述可见光谱数字摄像机、所述红外光谱数字摄像机和所述光学显示组件可操作地接口连接。所述视觉引擎被配置用于生成以下各项中的至少一项：根据所述原始可见光谱实时数字视频图像帧和所述原始红外光谱实时数字视频图像帧生成双光谱实时数字视频图像帧；根据所述原始可见光谱实时数字视频图像帧生成增强型可见光谱实时数字视频图像帧；或者根据所述原始红外光谱实时数字视频图像帧生成增强型红外光谱实时数字视频图像帧。在一个实施例中，所述曝光控制器被配置用于独立于调整所述红外光谱数字摄像机的所述曝光水平来调整所述可见光谱数字摄像机的所述曝光水平。在一个实施例中，所述曝光控制器被配置用于根据所述红外光谱数字摄像机的所述曝光水平来调整所述可见光谱数字摄像机的所述曝光水平。在另一实施例中，所述曝光控制器被配置用于根据所述可见光谱数字摄像机的所述曝光水平来调整所述红外光谱数字摄像机的所述曝光水平。在一个实施例中，所述曝光控制器被配置用于通过控制对所述可见光谱数字摄像机的曝光时间、光圈数值、灵敏度、或滤光器中的至少一者进行的调整来调整所述可见光谱数字摄像机的所述曝光水平。在一个实施例中，所述曝光控制器被配置用于通过控制对所述红外光谱数字摄像机的曝光时间、光圈数值、灵敏度、或滤光器中的至少一者进行的调整来调整所述红外光谱数字摄像机的所述曝光水平。在一个实施例中，所述视觉引擎被配置用于通过将所述原始可见光谱实时数字视频图像帧中以不同曝光水平获取的至少两个组合为单个可见光谱图像帧来增大所述双光谱实时数字视频图像帧中的一个双光谱实时数字视频图像帧内的图像数据的动态范围。在一个实施例中，所述视觉引擎被配置用于通过将所述原始红外光谱实时数字视频图像帧中以不同曝光水平获取的至少两个组合为单个红外光谱图像帧来增大所述双光谱实时数字视频图像帧中的一个双光谱实时数字视频图像帧内的图像数据的动态范围。在一个实施例中，所述系统包括用户接口，所述用户接口可操作地接口连接到至少所述曝光控制器，并且被配置用于允许用户从多个可选动态范围中手动地选择动态范围。所述动态范围指定有待在至少所述双光谱实时数字视频图像帧内生成的图像数据的范围。在一个实施例中，披露了一种向用户提供电弧焊接特性之间的增强的区分的双光谱数字成像电弧焊接系统。所述系统包括焊工面罩，所述焊工面罩被配置成佩戴在用户的头部上并且用于至少防护所述用户的眼睛免受由电弧焊接过程发射的光谱辐射。所述系统还包括双光谱数字摄像机，所述双光谱数字摄像机与所述焊工面罩物理上整合，并且被配置用于提供原始可见光谱实时数字视频图像帧和原始红外光谱实时数字视频帧。所述系统进一步包括与所述双光谱数字摄像机可操作地接口连接的曝光控制器。所述曝光控制器被配置用于至少部分地基于从所述双光谱数字摄像机反馈给所述曝光控制器的图像帧的图像数据来在逐帧的基础上实时调整所述双光谱数字摄像机的至少一个曝光水平。所述系统还包括光学显示组件，所述光学显示组件与所述焊工面罩物理上整合，并且被配置用于在所述用户正在佩戴所述焊工面罩时向所述用户呈现实时数字视频图像。所述系统进一步包括视觉引擎，所述视觉引擎与所述双光谱数字摄像机和所述光学显示组件可操作地接口连接。所述视觉引擎被配置用于生成以下各项中的至少一项：根据所述原始可见光谱实时数字视频图像帧和所述原始红外光谱实时数字视频图像帧生成双光谱实时数字视频图像帧；根据所述原始可见光谱实时数字视频图像帧生成增强型可见光谱实时数字视频图像帧；或者根据所述原始红外光谱实时数字视频图像帧生成增强型红外光谱实时数字视频图像帧。在一个实施例中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双光谱数字成像电弧焊接系统，所述系统包括：焊工面罩，所述焊工面罩被配置成佩戴在用户的头部上并且用于至少防护所述用户的眼睛免受由电弧焊接过程发射的光谱辐射；可见光谱数字摄像机，所述可见光谱数字摄像机与所述焊工面罩物理上整合，并且被配置用于提供原始可见光谱实时数字视频图像帧；红外光谱数字摄像机，所述红外光谱数字摄像机与所述焊工面罩物理上整合，并且被配置用于提供原始红外光谱实时数字视频图像帧；曝光控制器，所述曝光控制器与所述可见光谱数字摄像机和所述红外光谱数字摄像机可操作地接口连接，其中，所述曝光控制器被配置用于调整以下各项中的至少一项：(i)根据由所述曝光控制器执行的曝光控制算法在逐帧的基础上实时调整所述可见光谱数字摄像机的曝光水平，或者(ii)根据由所述曝光控制器执行的曝光控制算法在逐帧的基础上实时调整所述红外光谱数字摄像机的曝光水平；光学显示组件，所述光学显示组件与所述焊工面罩物理上整合，并且被配置用于在所述用户正在佩戴所述焊工面罩时向所述用户呈现实时数字视频图像；以及视觉引擎，所述视觉引擎与所述可见光谱数字摄像机、所述红外光谱数字摄像机和所述光学显示组件可操作地接口连接，其中，所述视觉引擎被配置用于生成以下各项中的至少一项：(i)根据所述原始可见光谱实时数字视频图像帧和所述原始红外光谱实时数字视频图像帧生成双光谱实时数字视频图像帧，(ii)根据所述原始可见光谱实时数字视频图像帧生成增强型可见光谱实时数字视频图像帧，或者(iii)根据所述原始红外光谱实时数字视频图像帧生成增强型红外光谱实时数字视频图像帧。...

【技术特征摘要】
2017.11.17 US 15/816,4321.一种双光谱数字成像电弧焊接系统，所述系统包括：焊工面罩，所述焊工面罩被配置成佩戴在用户的头部上并且用于至少防护所述用户的眼睛免受由电弧焊接过程发射的光谱辐射；可见光谱数字摄像机，所述可见光谱数字摄像机与所述焊工面罩物理上整合，并且被配置用于提供原始可见光谱实时数字视频图像帧；红外光谱数字摄像机，所述红外光谱数字摄像机与所述焊工面罩物理上整合，并且被配置用于提供原始红外光谱实时数字视频图像帧；曝光控制器，所述曝光控制器与所述可见光谱数字摄像机和所述红外光谱数字摄像机可操作地接口连接，其中，所述曝光控制器被配置用于调整以下各项中的至少一项：(i)根据由所述曝光控制器执行的曝光控制算法在逐帧的基础上实时调整所述可见光谱数字摄像机的曝光水平，或者(ii)根据由所述曝光控制器执行的曝光控制算法在逐帧的基础上实时调整所述红外光谱数字摄像机的曝光水平；光学显示组件，所述光学显示组件与所述焊工面罩物理上整合，并且被配置用于在所述用户正在佩戴所述焊工面罩时向所述用户呈现实时数字视频图像；以及视觉引擎，所述视觉引擎与所述可见光谱数字摄像机、所述红外光谱数字摄像机和所述光学显示组件可操作地接口连接，其中，所述视觉引擎被配置用于生成以下各项中的至少一项：(i)根据所述原始可见光谱实时数字视频图像帧和所述原始红外光谱实时数字视频图像帧生成双光谱实时数字视频图像帧，(ii)根据所述原始可见光谱实时数字视频图像帧生成增强型可见光谱实时数字视频图像帧，或者(iii)根据所述原始红外光谱实时数字视频图像帧生成增强型红外光谱实时数字视频图像帧。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述曝光控制器被配置用于独立于调整所述红外光谱数字摄像机的所述曝光水平来调整所述可见光谱数字摄像机的所述曝光水平。3.如权利要求1所述的系统，其中，所述曝光控制器被配置用于根据所述红外光谱数字摄像机的所述曝光水平来调整所述可见光谱数字摄像机的所述曝光水平。4.如权利要求1所述的系统，其中，所述曝光控制器被配置用于根据所述可见光谱数字摄像机的所述曝光水平来调整所述红外光谱数字摄像机的所述曝光水平。5.如权利要求1所述的系统，其中，所述曝光控制器被配置用于通过控制对所述可见光谱数字摄像机的曝光时间、光圈数值、灵敏度、或滤光器中的至少一者进行的调整来调整所述可见光谱数字摄像机的所述曝光水平。6.如权利要求1所述的系统，其中，所述曝光控制器被配置用于通过控制对所述红外光谱数字摄像机的曝光时间、光圈数值、灵敏度、或滤光器中的至少一者进行的调整来调整所述红外光谱数字摄像机的所述曝光水平。7.如权利要求1所述的系统，其中，所述视觉引擎被配置用于通过将所述原始可见光谱实时数字视频图像帧中以不同曝光水平获取的至少两个组合为单个可见光谱图像帧来增大所述双光谱实时数字视频图像帧中的一个双光谱实时数字视频图像帧内的图像数据的动态范围。8.如权利要求1所述的系统，其中，所述视觉引擎被配置用于通过将所述原始红外光谱实时数字视频图像帧中以不同曝光水平获取的至少两个组合为单个红外光谱图像帧来增大所述双光谱实时数字视频图像帧中的一个双光谱实时数字视频图像帧内的图像数据的动态范围。9.如权利要求1所述的系统，进一步包括：用户接口，所述用户接口可操作地接口连接到至少所述曝光控制器，并且被配置用于允许用户从多个可选动态范围中手动地选择动态范围，其中，所述动态范围指定有待在至少所述双光谱实时数字视频图像帧内生成的图像数据的范围。10.一种向用户提供电弧焊接特性之间的增强的区分的双光谱数字成像电弧焊接系统，所述系统包括：焊工面罩，所述焊工面罩被配置成佩戴在用户的头部上并且用于至少防护所述用户的眼睛免受由电弧焊接过程发射的光谱辐射；双...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·T·马修斯，D·A·威尔斯，
申请(专利权)人：林肯环球股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US