CN109194851A - 一种小型化超短焦视觉成像*** - Google Patents

一种小型化超短焦视觉成像*** Download PDF

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张效栋
朱琳琳
房丰洲
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Tianjin University
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Tianjin University
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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Abstract

本发明涉及一种小型化超短焦视觉成像***，包括排布在一个平面上的多个成像子镜头，照明光源和图像处理模块及显示模块，其特征在于，每个成像子镜头口径约为Φ5mm，包括透镜基座，固定在透镜基座上的成像透镜以及成像传感器，每一个成像子镜头周边布置照明光源，根据工作距离和交叠区域范围选择子透镜是否进行成像，当作用距离较近时，选用更多的或全部的成像子镜头进行成像，当作用距离较远时，选择较少的子镜头进行成像，以保证有交叠区域进行后续的图像拼接。

Description

一种小型化超短焦视觉成像***
技术领域
本发明涉及超精密加工及工业测量技术领域，尤其涉及一种小型化超短焦视觉成像方法。
背景技术
在智能制造的发展大趋势下，视觉检测设备需要在现有***上进行安装，但已有***的精巧设计为视觉检测安装提出了空间狭小、工作距离短等困难。针对人的视线不易到达的狭小空间下的物体特征检测在在设备检测，洞穴探测，工业生产检测等领域有迫切的应用需求。然而，由于大部分测量装备体积较大，很少有适于狭窄空间中的测量的小型化、超短焦的视觉装置。
近年来，利用视觉成像检测物体特征信息成为研究热点，但困难在于狭窄空间或不规则的容器内很难找到一个精确的参考平面或很难使被测量物体的体积缩窄以适应实际测量条件。另外，视觉图像处理和计算机技术紧密结合，具有可靠性，相应速度快，数据处理范围大等优势，己被广泛应用于各种测量任务中。因此研究小型化、超短焦的对物体特征检测等实际操作的装置具有重要意义。
发明内容
本发明提供了一种可以在狭窄的空间范围内放置的成像***，其厚度很薄，能够对短焦距(小于15mm)范围内的物体进行成像观测的一种小型化超短焦视觉成像方法。技术方案如下：
一种小型化超短焦视觉成像***，包括排布在一个平面上的多个成像子镜头，照明光源和图像处理模块及显示模块，其特征在于，每个成像子镜头口径约为Φ5mm，包括透镜基座，固定在透镜基座上的成像透镜以及成像传感器，每一个成像子镜头周边布置照明光源，根据工作距离和交叠区域范围选择子透镜是否进行成像，当作用距离较近时，选用更多的或全部的成像子镜头进行成像，当作用距离较远时，选择较少的子镜头进行成像，以保证有交叠区域进行后续的图像拼接。
本发明具有如下技术效果或优点：
子镜头易于获得，采用一体成型设计，整体尺寸较小(厚度大约40mm)，轻薄稳固；具有很短的工作距离(约为10～150mm)，实现狭窄空间内高质量高速度的大面积拍摄采图；变异因素少，节省调整时间，降低整体成本；针对其中的成像子镜头，通过规律性排列的形式，可进行大面积超短焦视觉成像检测，通过后续图像同步采集，工作模式选择，以及拼接处理，将分离成像图像合成，达到很大区域(数米长度)同时检测的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所提到视觉成像检测装置结构示意图。
图1中，1、照明光源，2、成像透镜，3、透镜基座，4、成像传感器，5、图像处理模块，6、显示模块，以及同步采集模块。其中，2，3和4可组成一个成像子透镜。
图2是指子镜头与照明光源的排布方式与子镜头的排列方式。
图2中，照明光源均匀分布在每个子镜头周围，排布方式包括但不限于：(a)矩形分布；(b)六边形分布。Px和Py分别是x和y方向的摄像模组镜头间距。
图3是各个子镜头在不同工作距离下的工作模式示意图。
图3中，根据交叠区域范围，(a)是当作用距离较近时，会有更多的子镜头进行成像；(b)是当作用距离较远时，可选择部分子镜头进行成像，保证有交叠区域进行后续的图像拼接。
图4是多个微透镜阵列成像拼接效果图。
图4中，各个分块是由单个微透镜阵列在成像单元上所成图像，最后将各分块图像按照特征拼接融合成一个图像。
具体实施方式
本发明提供了一种小型化超短焦视觉成像检测装置，可放置在狭窄空间进行物体特征视觉成像检测，其厚度大约为40mm，作用距离约为10～150mm，直接由照明光源，成像透镜，透镜基座，成像传感器，图像处理模块及显示模块，其易于成型，使用方便，适用于工业现场大面积范围的超短焦视觉成像。
其中，该装置多个透镜，基座以及成像传感器组成多个成像子镜头(口径约为Φ5mm)，并规律性排列，而图像处理模块通过控制器进行同步采集，并和显示模块共同作用实现大面积超短焦在线视觉成像功能。
为了更好地理解上述技术方案，下面将结合附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
如图1所示，本实施例中的狭窄空间物体特征视觉成像检测装置，包括照明光源1，成像透镜2，透镜基座3，成像传感器4，图像处理模块5，显示模块6以及同步采集模块。其中，多个成像透镜，透镜基座，成像传感器进行组合成为多个成像子镜头进行规律性排列，探测物体通过透镜进行成像，通过同步采集，由成像传感器讲信号传输至控制器中的图像处理模块，进行拼接合成，其成像范围有所交叠，根据其排列间距和成像距离，交叠面积各有不同，最后由显示模块完成显示。
其中，在实际应用中，照明光源1可采用LED光源或白光光源，并排布在子镜头周围形成照明光源，待测对象通过摄像模组进行成像。
其中，在实际应用中，成像子镜头可以由摄像模组实现。
其中，在实际应用中，图像处理和显示模块可以通过上位机代替进行实现。
其中，在实际应用中，对成像后的图像进行实时图像处理，其图像拼接和处理的方式可通过目前已有的图像处理程序可以进行完成。
检测方法的实现步骤如下：
S1、将成像透镜，透镜基座，成像传感器组装成成像子镜头，重复组合成多个成像子镜头；
S2、光学结构布局：根据成像焦距需求、成像子镜头尺寸和成像范围，设计子镜头排列方式和间距，照明光源分布方式，及装置机构设计；
S3、根据成像距离对多个子镜头进行调整，进行成像实验装调，调整照明光源姿态，并调试同步采集控制程序；
S4、设置子透镜成像工作模式，根据工作距离选择子透镜是否进行成像；
S5、调试图像拼接处理程序，将同步采集控制功能嵌入上位机中，完成装置搭建；
S6、将装置放置于检测现场中，进行现场检测。
所述的成像子镜头与照明光源的分布方式如图2所示，其中(a)指的是当仅使用一个成像子镜头时，照明光源一般分布在该成像子镜头周围进行照明，(b)指的是当使用多个成像子镜头进行拼接组合时，照明光源一般环绕分布在多个成像子镜头的***。
所述成像子镜头的规律性排列分布种类如图3所示，包括但不限于：(a)矩形分布；(b)六边形分布。在本实施例中，单元各个单元口径为图3(a)中的矩形分布，且其间距分布保证相邻摄像模组成像区域具有大约30％交叠。
所述的子透镜成像工作模式如图3所示，根据交叠区域范围，(a)是当作用距离较近时，会有更多的子镜头进行成像；(b)是当作用距离较远时，可选择部分子镜头进行成像，保证有交叠区域进行后续的图像处理。
所述的图像处理程序如图4所示，指的是将通过单个/多个微透镜阵列直接成像的子图像通过拼接融合处理成为实际真实情况的图景。
各个同步采集获得的分块图像是由单个微透镜阵列在成像单元上所成图像，最后将各分块图像按照特征拼接融合成一个图像。该处理程序对于相关专业的人员可以不付出创造性劳动的情况下获得。

Claims (1)

1.一种小型化超短焦视觉成像***，包括排布在一个平面上的多个成像子镜头，照明光源和图像处理模块及显示模块，其特征在于，每个成像子镜头口径约为Φ5mm，包括透镜基座，固定在透镜基座上的成像透镜以及成像传感器，每一个成像子镜头周边布置照明光源，根据工作距离和交叠区域范围选择子透镜是否进行成像，当作用距离较近时，选用更多的或全部的成像子镜头进行成像，当作用距离较远时，选择较少的子镜头进行成像，以保证有交叠区域进行后续的图像拼接。
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