CN112098425B - 高精度的成像***、方法、图像采集装置及检测设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种高精度的成像***、方法、图像采集装置及检测设备，所述成像***包括：镜头、第一透镜组、载物平台和第一发光面；第一透镜组包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第一透镜光轴；第一发光面与第一透镜组等效的焦平面的位置差异不超过第一预设范围；镜头具有镜头光轴，镜头光轴与载物平台的法线夹角在20~60度之间；第一透镜光轴相对于载物平台具有一个第一反射轴，镜头光轴与第一反射轴的角度偏差不超过第二预设范围；第一预设范围为距离偏差±10mm和/或角度偏差±20度；第二预设范围为角度偏差±15度。本发明通过照明和成像镜头一体化设置，有效提升了成像的一致性，可获得高精度且稳定的工件图像。

Description

高精度的成像***、方法、图像采集装置及检测设备
技术领域
本发明涉及成像设备技术领域，具体涉及一种高精度的成像***、方法、图像采集装置及检测设备。
背景技术
在目前的工件检测领域，对于小型工件、尤其是微细零件的缺陷检测，很大程度上还依赖于流水线工人的肉眼检测。为提升检测效率，现有技术尝试引入基于图像识别的机器视觉技术，通过对采集的工件图像进行智能识别来检测和发现工件上的缺陷。
但是机器视觉技术长期以来面临很多挑战，尤其的，金属表面零件具有高反光特性，长久以来难以进行稳定的高质量成像。机器视觉技术严重依赖于采集的图像质量，而图像采集又受到很多因素的影响。其中，光源照明和成像光学***（镜头）的光路设计对成像质量影响最大，其次则是图像采集装置。目前，在工件检测***中，通常采用同轴光、环形光、半环形光、平面光、条形光或是穹顶光等普通光源对工件进行照射，随后通过普通工业镜头将工件图像传导给图像传感器。
然而，发明人在实现本发明实施例相关技术方案的过程中发现，现有技术的机器视觉检测方式仍存在着明显的缺陷：在镜头视野中工件的成像一致性差，工件摆放在不同位置时所呈现的成像不同，当工件位于视野内的某些位置时，轻微缺陷例如划痕不能明显成像，导致工件的某些表面缺陷的检出非常不稳定。如图1所示的一种浅刀痕缺陷，通常缺陷处浅刀痕几何特征相对于工件表面相差不大，在普通照明成像下，此类细微缺陷根本无法展现。
因而采用现有技术检测时需要将工件放在视野内的特定位置，且保持工件上的缺陷和光源处于特殊位置，才有可能获得一定质量的采集图像。但在自动化检测流水线上，工件通常保持运动状态，上述检测需求与实际工作场景并不匹配，导致现有技术在动态检测过程中无法获得理想的采集图像（因无法保证上述检测位置要求），成像质量差、精度低，对工件表面缺陷的检出率低。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，本发明实施例提出了一种高精度的成像***、方法、图像采集装置及检测设备，以解决现有技术中动态检测成像质量差的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种高精度的成像***，包括：镜头110、第一透镜组120、载物平台130和第一发光面141；其中，所述第一透镜组120包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第一透镜光轴；所述第一发光面141与所述第一透镜组120等效的焦平面的位置差异不超过第一预设范围；所述镜头110具有镜头光轴，所述镜头光轴与所述载物平台130的法线夹角在20~60度之间；所述第一透镜光轴相对于所述载物平台130具有一个第一反射轴，所述镜头光轴与所述第一反射轴的角度偏差不超过第二预设范围；所述第一预设范围为距离偏差±10mm和/或角度偏差±20度；所述第二预设范围为角度偏差±15度。
在一些实施例中，所述成像***还包括：第二透镜组160和第二发光面181；其中，
所述第二透镜组160包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第二透镜光轴；
所述第二发光面181与所述第二透镜组160等效的焦平面的位置差异不超过所述第一预设范围；
所述第二透镜光轴相对于所述载物平台130的一个垂直面具有第二反射轴，所述镜头光轴与所述第二反射轴的角度偏差不超过所述第二预设范围。
在一些实施例中，所述第一发光面141和/或第二发光面181由光源照射在漫射板上产生，或由平面发光设备产生。
在一些实施例中，所述第一发光面141和/或第二发光面181具有一个单色发光区，所述单色发光区的边界形状相对于所述第一透镜光轴和/或第二透镜光轴为非对称形状；或者，所述第一发光面141和/或第二发光面181具有两个以上颜色不同的单色发光区。
在一些实施例中，所述第一发光面141和/或第二发光面181具有三个单色发光区，所述三个单色发光区呈Y形分布且颜色分别为红绿蓝三色。
在一些实施例中，所述镜头110为远心镜头或准远心镜头。
在一些实施例中，所述远心镜头或准远心镜头具有可调光阑。
在一些实施例中，所述第一预设范围为距离偏差±5mm和/或角度偏差±15度；所述第二预设范围为角度偏差±10度。
在一些实施例中，所述第一发光面141和/或第二发光面181的发光区域总体近似圆形，所述圆形具有半径R，所述第一透镜组120和/或第二透镜组160具有等效焦距f，打光特征角为Ω=arctan（R/f），其中，所述打光特征角Ω不大于10度。
在一些实施例中，所述第一发光面141和/或第二发光面181发出的光线经折射后形成出射光，所述成像***通过所述镜头110输出所述出射光照射在金属表面上形成的图像。
本发明实施例的第二方面提供了一种高精度的成像***，包括：镜头210、第一透镜组220、载物平台230、第一光阑240和第一发光体250；其中，所述第一透镜组220包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第一透镜光轴；所述第一光阑240所在平面与所述第一透镜组220等效的焦平面的位置差异不超过第一预设范围；所述镜头210具有镜头光轴，所述镜头光轴与所述载物平台230的法线夹角在20~60度之间；所述第一透镜光轴相对于所述载物平台230具有一个第一反射轴，所述镜头光轴与所述第一反射轴的角度偏差不超过第二预设范围；所述第一预设范围为距离偏差±10mm和/或角度偏差±20度；所述第二预设范围为角度偏差±15度。
在一些实施例中，所述成像***还包括：第二透镜组260、第二光阑280和第二发光体270；其中，
所述第二透镜组260包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第二透镜光轴；
所述第二光阑280与所述第二透镜组260等效的焦平面的位置差异不超过所述第一预设范围；
所述第二透镜光轴相对于所述载物平台230的一个垂直面具有第二反射轴，所述镜头光轴与所述第二反射轴的角度偏差不超过所述第二预设范围。
在一些实施例中，所述第一光阑240和/或第二光阑280的透光部分为通光孔，所述通光孔的轮廓为非对称形状；或者，所述第一光阑240和/或第二光阑280为可变孔径光阑。
在一些实施例中，所述成像***还包括：贴近所述第一光阑240和/或第二光阑280设置的滤光装置242，所述滤光装置242包括两个以上通带不同的带通滤光区域。
在一些实施例中，所述滤光装置242为滤光膜，所述滤光膜与所述第一光阑240和/或第二光阑280的距离不超过10mm；所述滤光膜包括呈Y形分布的红绿蓝三个带通滤光区域。
在一些实施例中，所述镜头210为远心镜头或准远心镜头。
在一些实施例中，所述远心镜头或准远心镜头具有可调光阑。
在一些实施例中，所述第一预设范围为距离偏差±5mm和/或角度偏差±15度；所述第二预设范围为角度偏差±10度。
在一些实施例中，所述第一光阑240和/或第二光阑280的透光部分总体近似圆形，所述圆形具有半径R，所述第一透镜组220和/或第二透镜组260具有等效焦距f，打光特征角为Ω=arctan（R/f），其中，所述打光特征角Ω不大于10度。
在一些实施例中，所述第一光阑240和/或第二光阑280透射出的光线经折射后形成出射光，所述成像***通过所述镜头210输出所述出射光照射在金属表面上形成的图像。
本发明实施例的第三方面提供了一种高精度的成像***，包括：镜头310、第一透镜组320和第一发光面341；其中，所述第一透镜组320包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第一透镜光轴；所述第一发光面341与所述第一透镜组320等效的焦平面的位置差异不超过第一预设范围；所述镜头310具有镜头光轴，所述镜头光轴与待成像平面390的法线夹角在20~60度之间；所述第一透镜光轴相对于所述待成像平面390具有一个第一反射轴，所述镜头光轴与所述第一反射轴的角度偏差不超过第二预设范围。所述第一预设范围为距离偏差±10mm和/或角度偏差±20度；所述第二预设范围为角度偏差±15度。
在一些实施例中，所述第一发光面341由光源350照射在漫射板340上产生，或由平面发光设备产生。
在一些实施例中，所述第一发光面341具有一个单色发光区，所述单色发光区的边界形状相对于所述第一透镜光轴为非对称形状；或者，所述第一发光面341具有两个以上颜色不同的单色发光区。
在一些实施例中，所述第一发光面341具有三个单色发光区，所述三个单色发光区呈Y形分布且颜色分别为红绿蓝三色。
在一些实施例中，所述镜头310为远心镜头或准远心镜头。
在一些实施例中，所述远心镜头或准远心镜头具有可调光阑。
在一些实施例中，所述第一预设范围为距离偏差±5mm和/或角度偏差±15度；所述第二预设范围为角度偏差±10度。
在一些实施例中，所述第一发光面341的发光区域总体近似圆形，所述圆形具有半径R，所述第一透镜组320具有等效焦距f，打光特征角为Ω=arctan（R/f），其中，所述打光特征角Ω不大于10度。
在一些实施例中，所述第一发光面341发出的光线经折射后形成出射光，所述成像***通过所述镜头310输出所述出射光照射在金属表面上形成的图像。
本发明实施例的第四方面提供了一种高精度的成像***，包括：镜头410、第一透镜组420、第一光阑440和第一发光体450；其中，所述第一透镜组420包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第一透镜光轴；所述第一光阑440所在平面与所述第一透镜组420等效的焦平面的位置差异不超过第一预设范围；所述镜头410具有镜头光轴，所述镜头光轴与待成像平面490的法线夹角在20~60度之间；所述第一透镜光轴相对于所述待成像平面490具有一个第一反射轴，所述镜头光轴与所述第一反射轴的角度偏差不超过第二预设范围。所述第一预设范围为距离偏差±10mm和/或角度偏差±20度；所述第二预设范围为角度偏差±15度。
在一些实施例中，所述第一光阑440的透光部分为通光孔，所述通光孔的轮廓为非对称形状；或者，所述第一光阑440为可变孔径光阑。
在一些实施例中，所述成像***还包括：贴近所述第一光阑440设置的滤光装置442，所述滤光装置442包括两个以上通带不同的带通滤光区域。
在一些实施例中，所述滤光装置442为滤光膜，所述滤光膜与所述第一光阑440的距离不超过10mm；所述滤光膜包括呈Y形分布的红绿蓝三个带通滤光区域。
在一些实施例中，所述镜头410为远心镜头或准远心镜头。
在一些实施例中，所述远心镜头或准远心镜头具有可调光阑。
在一些实施例中，所述第一预设范围为距离偏差±5mm和/或角度偏差±15度；所述第二预设范围为角度偏差±10度。
在一些实施例中，所述第一光阑440的透光部分总体近似圆形，所述圆形具有半径R，所述第一透镜组420具有等效焦距f，打光特征角为Ω=arctan（R/f），其中，所述打光特征角Ω不大于10度。
在一些实施例中，所述第一光阑440透射出的光线经折射后形成出射光，所述成像***通过所述镜头410输出所述出射光照射在金属表面上形成的图像。
本发明实施例的第五方面提供了一种图像采集装置，包括图像传感器和如上所述的成像***，所述图像传感器用于采集所述镜头输出的光学图像。
在一些实施例中，所述图像传感器的靶面相对于所述镜头光轴倾斜设置。
本发明实施例的第六方面提供了一种高精度的成像方法，该方法使用如上所述的成像***来获得待检测物品的至少一个表面的图像。
本发明实施例的第七方面提供了一种检测设备，包括：如上所述的高精度的成像***、图像采集装置和图像识别装置；其中，所述载物平台上可承载待测物品并将所述待测物品动态移入或移出所述成像***的观测范围；所述成像***用于向所述待测物品投射光线并通过所述镜头输出光学图像；所述图像采集装置用于采集所述光学图像；所述图像识别装置用于对采集的所述光学图像进行识别，以检测所述待测物品的缺陷情况。
本发明实施例提供了一种高精度的成像***、方法、图像采集装置和检测设备，根据本发明实施例所提出的技术方案，通过照明和成像镜头的一体化设置，有效提升了成像的一致性和质量，尤其的，通过镜头倾斜设置，有效提升了工件细微缺陷成像能力，可获得高精度且稳定的工件图像。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1是本技术领域中一种常见的浅刀痕缺陷情况示意图；
图2是根据本发明的一些实施例所示的一种高精度的成像***的结构示意图；
图3是根据本发明的另一些实施例所示的一种高精度的成像***的结构示意图；
图4是根据本发明的另一些实施例所示的一种高精度的成像***的结构示意图；
图5是根据本发明的另一些实施例所示的一种高精度的成像***的结构示意图；
图6A是根据本发明的一些实施例所示的单个单色发光区或光阑通光孔的非对称形状示例；
图6B是根据本发明的一些实施例所示的多个单色发光区或滤光装置的多个带通滤光区域的设置示例；
图7是根据本发明的一些实施例所示的图像采集装置的结构示意图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，通过示例阐述了本发明的许多具体细节，以便提供对相关披露的透彻理解。然而，对于本领域的普通技术人员来讲，本发明显而易见的可以在没有这些细节的情况下实施。应当理解的是，本发明中使用“***”、“装置”、“单元”和/或“模块”术语，是用于区分在顺序排列中不同级别的不同部件、元件、部分或组件的一种方法。然而，如果其他表达式可以实现相同的目的，这些术语可以被其他表达式替换。
应当理解的是，当设备、单元或模块被称为“在……上”、“连接到”或“耦合到”另一设备、单元或模块时，其可以直接在另一设备、单元或模块上，连接或耦合到或与其他设备、单元或模块通信，或者可以存在中间设备、单元或模块，除非上下文明确提示例外情形。虽然本说明书中可使用术语“顶部”、“底部”、“前部”、“后部”、“侧部”等来描述本发明的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本发明的范围内。
本发明所用术语仅为了描述特定实施例，而非限制本发明范围。如本发明说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，而该类表述并不构成一个排它性的罗列，其他特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件也可以包含在内。例如，本发明所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列条目的任何一个和所有组合。
参看下面的说明以及附图，本发明的这些或其他特征和特点、操作方法、结构的相关元素的功能、部分的结合以及制造的经济性可以被更好地理解，其中说明和附图形成了说明书的一部分。然而，可以清楚地理解，附图仅用作说明和描述的目的，并不意在限定本发明的保护范围。可以理解的是，附图并非按比例绘制。
本发明中使用了多种结构图用来说明根据本发明的实施例的各种变形。应当理解的是，前面或下面的结构并不是用来限定本发明。本发明的保护范围以权利要求为准。
现有技术希望通过机器视觉技术来提高工件检测的效率和准确性，但当其采用普通光源和普通工业镜头时，采集图像的成像质量并不能得到保证，不能适应于动态检测的需求，不能适应于日益严苛的工件表面缺陷检测需求，尤其的不适用于金属表面零件的检测。有鉴于此，本发明实施例提供了一种高精度的成像***，通过照明和成像镜头的一体化设置，有效提升了照明和成像的一致性，可获得高精度且稳定的工件图像。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，所述高精度的成像***包括：镜头110、第一透镜组120、载物平台130和第一发光面141；其中，所述第一透镜组120具有等效的正光焦度（即屈光度为正，屈光能力等效为凸透镜）、焦点和第一透镜光轴，所述第一发光面141与所述第一透镜组120等效的焦平面（过所述等效的焦点且垂直于所述第一透镜光轴的平面）的位置差异不超过第一预设范围；所述镜头110具有镜头光轴，所述镜头光轴与所述载物平台的法线夹角α在20~60度之间；所述第一透镜光轴相对于所述载物平台具有一个第一反射轴（即第一透镜光轴相对于载物平台的法线的入射角β等于第一反射轴相对于载物平台的法线的反射角，可认为两者相对于载物平台满足反射定律），所述镜头光轴与所述第一反射轴的角度偏差不超过第二预设范围。通过镜头的倾斜设置，待测物品表面的几何特征相对镜头光轴由符合正态分布变更为偏态分布，进而更进一步放大了细微缺陷的成像能力，配合一体设计的角度相匹配的照明光线，实现更佳的成像品质。
其中，在本发明的实施例中，第一透镜组120位于第一发光面141与载物平台130之间，第一发光面141发出的光线经第一透镜组120折射后照射在载物平台130上，载物平台130上通常承载有待检测物品（工件、微型零件等），所述待检测物品（工件、微型零件等）具有平行（或大致平行）载物平台130的上表面，载物平台130和/或待检测物品（上表面）反射的光线进入镜头110中后形成光学图像。随后可以通过人工或机器视觉（利用图像传感器等采集图像后识别），根据该光学图像来对待检测物品的缺陷进行检测。
在图2的优选实施例中，所述成像***还可以包括第二透镜组160和第二发光面181；其中，所述第二透镜组160具有等效的正光焦度、焦点和第二透镜光轴，所述第二发光面181与所述第二透镜组160等效的焦平面的位置差异不超过所述第一预设范围；所述第二透镜光轴相对于所述载物平台130的一个垂直面具有第二反射轴（即第二透镜光轴相对于该垂直面的法线的入射角γ等于第二反射轴的反射角，可认为两者相对于该垂直面满足反射定律），所述镜头光轴与所述第二反射轴的角度偏差不超过所述第二预设范围。其中，所述载物平台130的一个垂直面实际上对应于放置在载物平台上的待检测物品（工件、微型零件等）的一个侧面（相对于载物平台垂直或大致垂直的物体平面），由于在动态检测过程中待检测物品可能会以任意角度放置在载物平台的任意位置，故该垂直面/侧面的方向和位置并不唯一，只要保证镜头110与第二发光面181的设置具有一定角度关系（即镜头光轴与该垂直面/侧面的法线夹角θ与第二反射轴的反射角的角度偏差不大），使第二发光面181发出的光线经第二透镜组160折射后照射在该垂直面/侧面上，而后反射的光线可有效进入镜头110中形成光学图像即可（即保证镜头视野中包括部分或全部光源照明范围，可有效获得待检测物品侧面的成像）。第二发光面181的设置使得本发明优选实施例的技术方案可以对待检测物品的侧面也形成有效的照射，且照射光线角度相对于待测表面匹配于镜头，从而通过镜头可同时得到可靠高清的侧面成像，从而同时对工件侧面可能存在的缺陷一起进行识别和检测。
其中，在本发明的实施例中，为保证第一发光面141和/或第二发光面181发出的光线能有效进入镜头110中，优选地，第一发光面141和/或第二发光面181与镜头110的角度设置具有一定的对应关系。在本发明的一个优选实施例中，所述第一发光面141与所述第一透镜组120等效的焦平面的位置重合，所述镜头光轴与所述第一透镜光轴相对于载物平台的第一反射轴平行，镜头视野对应照明范围设置（镜头视野中包括部分或全部光源照明范围）。但本领域相关技术人员应当理解，上述两种重合/平行情况仅为最优的实施方式，事实上当第一发光面141相对于焦平面有一定的平移和/或倾斜时，或者当镜头光轴相对于第一反射轴有一定的倾斜时，甚至两种情况均发生时，本发明的技术方案也同样可解决其技术问题，因而此处位置重合/平行不应视为对本发明具体实施方式的限制。第二发光面181的情况类似，重合/平行情况仅为最优的实施方式，事实上在一定偏差范围内同样可解决本发明所要解决的技术问题。
可选地，所述第一预设范围为距离偏差±10mm（或对应透镜组的有效焦距的10%，以对应透镜光轴穿过对应发光面和对应焦平面的两个点的距离为准）和/或角度偏差±20度；优选地，所述第一预设范围为距离偏差±5mm（或对应透镜组的有效焦距的5%）和/或角度偏差±10度；以及更优选地，所述第一预设范围为距离偏差±3mm（或对应透镜组的有效焦距的3%）和/或角度偏差±5度。第二预设范围为角度偏差±15度，优选地，第二预设范围为角度偏差为±10度，更优选地，角度偏差为±5度。本领域技术人员应该理解，更优选的实施例中越小的偏差意味着越好的技术效果，但需要说明的是，即使是上述申明中的最大偏差仍然可取得足够的技术效果，因而优选或最优的实施例不应视作对本发明第一预设范围和/或第二预设范围的具体限制。
在本发明的实施例中，第一透镜组120和/或第二透镜组160可以是单个透镜或多个透镜组成透镜组，图2中以单个凸透镜为例进行了示例，但本领域相关技术人员应当理解，由多个透镜构成的透镜组也可等效成凸透镜效果，其同样适用于本发明的技术方案中，因而此处透镜的形式不应视为对本发明具体实施方式的限制。此外，凸透镜可采用传统凸透镜，也可以采用菲涅尔透镜。菲涅尔透镜又称螺纹透镜，多由聚烯烃材料注压而成，也可由玻璃或有机玻璃制成的，菲涅尔透镜的镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，菲涅尔透镜相比传统凸透镜，具有形态轻薄、制造成本低、光线衰减少等优点。
在本发明的一个实施例中，第一发光面141可以是一个等效的发光平面，有多种实现方式。比如在图2所示的优选实施例中，光源150发出的光照射在一个漫射板140上形成第一发光面141。进一步地，第一发光面141还可进行一些特定的设置以获得更理想的出射光。比如，第一发光面141可以具有一个单色发光区，该单色发光区的边界形状为非对称形状；或者第一发光面141可以具有两个以上的单色发光区（每个单色发光区的颜色不同）。更优选地，参见图6A，当只有一个单色发光区时，相对第一透镜光轴（图6A中各形状附近的圆点表示第一透镜光轴穿过发光面的点）来说的非对称形状的设置可以有扇形、扇环、偏置的矩形、任意非对称闭合曲线、或多种组合式非对称形状等多种形式。而参见图6B，当具有两个以上颜色不同的单色发光区时，也可以有多种对称或非对称的设置方式，图6B给出了几种典型的优选实施方式，其中不同的数字表示不同颜色的单色发光区。更优选地，本发明的发光面包括3个不同颜色的单色发光区，3个单色发光区均为扇形，分布在同一个圆面上，比如图6B第一行的两种优选实施方式。优选地，所述3个单色发光区呈Y形分布，颜色分别为红绿蓝三色。其中，所述单色发光区可以是漫射板上特定形状的颜色涂层，也可以是单独加装设置的特定形状的滤光片。
在本发明的另一个优选实施例中，第一发光面141还可以由平面发光设备构成，比如现有的各类显示面板或显示屏，包括但不限于液晶屏（LCD或LED等形式）、CRT显示屏、PDP显示屏等。在该实施例中，图6A或图6B所示的单色发光区优选可以通过平面发光设备输出的特定显示画面实现。通过本发明优选实施例中多个单色发光区的设置，可以让投射在待检测物品表面上任意一点的出射光在不同相位（不同方向）有不同颜色的分区，通过本发明中所述特定位置的镜头进行光线采集，进而从不同方向采集到的图像会呈现出不同的颜色效果，这使得待检测物品（微型工件）上的细微缺陷能在采集图像中呈现出显著的差异（缺陷处工件表面会有几何差异，采集图像在该处会呈现色彩差异），从而提升了缺陷处成像质量，提高了缺陷检测的精度和准确性，可适用于动态检测。类似的，当只有一个单色发光区时，通过相对第一透镜光轴的非对称形状的设置，可以让投射在待测物品表面任一点上的出射光在不同相位（方位）上呈现不同强度（或光线有无）的照明分区，通过本发明中所述特定位置的镜头进行光线采集，进而从而从不同方向采集到的图像会呈现出不同的灰度效果，这使得待检测物品（微型工件）上的细微缺陷能在采集图像中呈现出差异（缺陷处工件表面会有几何差异，采集图像在该处会呈现灰度差异），从而提升了缺陷处成像质量，提高了缺陷检测的精度和准确性，可适用于动态检测。
更优选地，本发明实施例中第一发光面141的发光区域总体为圆形或近似圆形（即全部发光区总体分布在一个圆形或近似圆形的区域内），所述圆形具有半径R，第一透镜组120具有等效焦距f，则打光特征角有Ω=arctan（R/f），其中，所述打光特征角Ω不大于10度。通过限定打光特征角Ω的大小，可以控制第一发光面141发出光线的发散程度，使最终的出射光角度相对金属表面的几何特征相匹配，对于金属表面上的缺陷可以更佳的通过如本发明中所述特别设置的镜头进行成像。
在本发明的另一个优选实施例中，发光面141的发光区域总体可以是矩形、椭圆形、或者一般性封闭曲线形状，所述一般性封闭曲线形状的大小被进一步限制从而获得更优的照明效果，具体的，所述一般性封闭曲线形状（包括矩形、椭圆形）等具有最小外接矩形，所述最小外接矩形的最大内切圆具有半径r，第一透镜组120具有等效焦距f，则打光特征角有θ=arctan（r/f），其中，所述打光特征角θ不大于10度。通过限定打光特征角θ的大小，可以控制发光面141发出光线的发散程度，使最终的出射光具有较佳的可视角度且集中在一定视野范围内。
特别地，所述第一发光面141发出的光线经折射和/或反射后形成出射光，所述成像***通过所述镜头110输出所述出射光照射在金属表面（金属制品的表面或任意制品镀有金属的表面）上形成的图像。典型的镀有金属的表面通常为镀镍、镀铬、镀锌等，但显然其他形式也可适用于本发明的技术方案中，故此处不对金属表面的具体形式做出明确的限制。采用本发明实施例的技术方案，对于具有高反光特性的金属表面也可以有出色的成像效果，有效解决了现有技术长久以来未能解决的技术问题。
需要特别说明的是，上述实施例虽然仅以第一发光面141为例进行了说明，但由于第二发光面181的结构和原理相类似，因而第二发光面181显然也可采用与之类似的实现方式，此处不再重复描述。为第二发光面181各种实现方式所做的相应的转换和/或变换对本领域相关技术人员来说无需付出创造性的劳动，也应落入本发明的保护范围之内。
通过本发明优选实施例中发光面和透镜位置关系的设置，规范了投射向待测表面的光线角度，避免了多余杂散光线抑制缺陷展现，同时特别规定了镜头光轴的位置以使成像光路和照明光路相互匹配，通过镜头的倾斜设置，待测物品表面的几何特征相对镜头光轴由符合正态分布变更为偏态分布，进而更进一步放大了细微缺陷的成像能力，配合一体设计的角度相匹配的照明光线，对应金属表面检测能力大幅提升。通过优选实施例中多个单色发光区的设置，可以让投射在待检测物品上的出射光有不同颜色的分区，基于镜头和照明的反射关系，进而从不同方向采集到的图像会呈现出不同的颜色效果，这使得待检测物品（微型工件、金属表面等）上的细微缺陷能在采集图像中呈现出显著的差异（缺陷处工件表面会有几何差异，采集图像在该处会呈现色彩差异），从而提升了缺陷处成像质量，提高了缺陷检测的精度和准确性，可适用于动态检测。
图3为本发明另一个实施例中的高精度的成像***的结构示意图，如图3所示，所述高精度的成像***包括：镜头210、第一透镜组220、载物平台230、第一光阑240和第一发光体250；其中，所述第一透镜组220具有等效的正光焦度、焦点和第一透镜光轴，所述第一光阑240所在平面（图3中的第一发光面241）与所述第一透镜组220等效的焦平面的位置差异不超过第一预设范围；所述镜头210具有镜头光轴，所述镜头光轴与所述载物平台230的法线夹角α在20~60度之间；所述第一透镜光轴相对于所述载物平台230具有一个第一反射轴，所述镜头光轴与所述第一反射轴的角度偏差不超过第二预设范围。
在图3的优选实施例中，所述成像***还可以包括第二透镜组260、第二光阑280和第二发光体270；其中，所述第二透镜组260具有等效的正光焦度、焦点和第二透镜光轴；所述第二光阑280与所述第二透镜组260等效的焦平面的位置差异不超过所述第一预设范围；所述第二透镜光轴相对于所述载物平台230的一个垂直面具有第二反射轴，所述镜头光轴与所述第二反射轴的角度偏差不超过所述第二预设范围。两反射轴的定义及图3中多个角度α、β、γ、θ的说明同上，此处不再重复介绍。如前所述，第二光阑280的设置使得本发明优选实施例的技术方案可以对待检测物品的侧面也形成有效的匹配于特定角度设置的镜头的照射，从而通过镜头可同时得到可靠高清的侧面成像，从而同时对工件侧面可能存在的缺陷一起进行识别和检测。其中，所述载物平台230的一个垂直面实际上对应于放置在载物平台上的待检测物品（工件、微型零件等）的一个侧面，由于在动态检测过程中待检测物品可能会以任意角度放置在载物平台的任意位置，故该垂直面/侧面的方向和位置并不唯一，只要保证镜头210与第二光阑280的设置具有一定角度关系，使第二发光体270发出的光线透过第二光阑280经第二透镜组260折射后照射在该垂直面/侧面上，而后反射的光线可有效进入镜头210中形成光学图像即可（即保证镜头视野中包括部分或全部光源照明范围，可有效获得待检测物品侧面的成像）。
图3的实施例与图2相比，主要是对发光的形式做了调整，第一发光体250发出的光通过第一光阑240的调整形成出射光。其中，第一光阑240为包括遮光部分和透光部分的器件，第一发光体250发出的光通过第一光阑240的透光部分（即在第一发光面241处形成由第一光阑240调整后的出射光），照射在第一透镜组220上。在本发明的一个优选实施例中，第一光阑240的透光部分为通光孔，所述通光孔的轮廓为非对称形状，比如半圆形、四分之一圆形等扇形结构；具体可参见图6A中所示的相对第一透镜光轴来说的非对称形状的多种设置。在本发明的另一个优选实施例中，第一光阑240为可变孔径光阑，比如可变光圈形式的光阑。优选地，第一光阑240可具有遮挡叶片和内孔，遮挡叶片可设置多个，多个遮挡叶片共同形成内孔，遮挡叶片用于遮挡部分光线，另一部分光线可从内孔通过，第一光阑240内孔大小可调，从而控制发光面边界大小和/或形状，进而调整出光效果以适用不同表面的工件或不同特点的缺陷。
此外，在本发明的一个实施例中，所述成像***还可包括贴近所述第一光阑240设置的滤光装置242，所述滤光装置242包括两个以上通带不同（即在白光照明下，带通滤光装置出射不同颜色的光）的带通滤光区域；比如图6B中所示的多种对称或非对称形状的设置。优选地，所述滤光装置为滤光膜，所述滤光膜与所述光阑240的距离不超过10mm，更优选地不超过5mm；所述滤光膜包括呈Y形分布的三个带通滤光区域。优选地，所述三个带通滤光区域为红绿蓝三色。与上述图2优选实施例中的单色发光区的设置效果类似，第一光阑240的形状和/或滤光装置242的设置也是为了获得理想的出射光，使得待检测物品（微型工件）上的细微缺陷能在采集图像中呈现出显著的差异，从而提升缺陷处成像质量，提高缺陷检测的精度和准确性。更优选地，本发明实施例中所述第一光阑240的透光部分总体为圆形或近似圆形（即全部发光区总体分布在一个圆形或近似圆形的区域内），所述圆形具有半径R，第一透镜组220具有等效焦距f，则打光特征角有Ω=arctan（R/f），其中，所述打光特征角Ω不大于10度。通过限定打光特征角Ω的大小，可以控制第一光阑240透射出光线的发散程度，使最终的出射光角度相对金属表面的几何特征相匹配，对于金属表面上的缺陷可以更佳的通过如本发明中所述特别设置的镜头进行成像。在本发明的另一个优选实施例中，第一光阑240的透光部分总体可以是矩形、椭圆形、或者一般性封闭曲线形状，所述一般性封闭曲线形状的大小被进一步限制从而获得更优的照明效果，具体的，所述一般性封闭曲线形状（包括矩形、椭圆形）等具有最小外接矩形，所述最小外接矩形的最大内切圆具有半径r，第一透镜组220具有等效焦距f，则打光特征角有θ=arctan（r/f），其中，所述打光特征角θ不大于10度。通过限定打光特征角θ的大小，可以控制第一光阑240发出光线的发散程度，使最终的出射光具有较佳的可视角度且集中在一定视野范围内。
特别地，通过所述第一光阑240透射出的光线经折射后形成出射光，所述成像***通过所述镜头210输出所述出射光照射在金属表面（金属制品的表面或任意制品镀有金属的表面）上形成的图像。典型的镀有金属的表面通常为镀镍、镀铬、镀锌等，但显然其他形式也可适用于本发明的技术方案中，故此处不对金属表面的具体形式做出明确的限制。采用本发明实施例的技术方案，对于具有高反光特性的金属表面也可以有出色的成像效果，有效解决了现有技术长久以来未能解决的技术问题。
在图3的优选实施例中，第一透镜组220的实现方式与图2的优选实施例的说明类似，也可以是单个透镜或多个透镜构成的透镜组；镜头210、第一透镜组220和载物平台230等的位置关系以及镜头210的角度设置与图2的优选实施例也类似，在此不再重复说明。
同样地，与前述图2的优选实施例相类似地，在本发明的一个优选实施例中，所述第一光阑240所在平面（图3中的发光面241）与所述第一透镜组220等效的焦平面的位置重合，所述镜头光轴与所述第一透镜光轴相对于载物平台的第一反射轴平行，镜头视野对应照明范围设置（镜头视野中包括部分或全部光源照明范围）。但本领域相关技术人员应当理解，上述两种重合/平行情况仅为最优的实施方式，事实上当第一光阑240相对于焦平面有一定的平移和/或倾斜时，或者当镜头光轴相对于第一反射轴有一定的倾斜时，甚至两种情况均发生时，本发明的技术方案也同样可解决其技术问题，因而此处位置重合/平行不应视为对本发明具体实施方式的限制。第二光阑280的情况类似，重合/平行情况仅为最优的实施方式，事实上在一定偏差范围内同样可解决本发明所要解决的技术问题。
可选地，所述第一预设范围为距离偏差±10mm（或对应透镜组的有效焦距的10%，以对应透镜光轴穿过对应发光面和对应焦平面的两个点的距离为准）和/或角度偏差±20度；优选地，所述第一预设范围为距离偏差±5mm（或对应透镜组的有效焦距的5%）和/或角度偏差±10度；以及更优选地，所述第一预设范围为距离偏差±3mm（或对应透镜组的有效焦距的3%）和/或角度偏差±5度。第二预设范围为角度偏差±15度，优选地，第二预设范围为角度偏差为±10度，更优选地，角度偏差为±5度。本领域技术人员应该理解，更优选的实施例中越小的偏差意味着越好的技术效果，但需要说明的是，即使是上述申明中的最大偏差仍然可取得足够的技术效果，因而优选或最优的实施例不应视作对本发明第一预设范围和/或第二预设范围的具体限制。
进一步地，在本发明的一个优选实施例中，图2或图3实施例中采用的镜头还可进一步优化，采用远心镜头（例如物方远心镜头或双远心镜头）或准远心镜头来替代普通工业镜头。准远心镜头是指镜头光阑中心与前组透镜像方焦点的位置差异（光轴上距离）小于所述前组透镜的有效焦距的10%，所述前组透镜是指所述镜头中位于光阑前侧（物侧）的透镜组。其中，远心镜头或准远心镜头具有特定的平行光路设计，可以在一定的物距范围内使呈现的图像放大倍率不随距离而变化，可以有效纠正传统工业镜头的视差问题，在此发明中，得益于平行光路设计，使得待成像表面上任意一点的成像主光线相互平行或近似相互平行，从而具有了更佳的成像光路一致性，匹配本发明中的特制光源的一致性光场，可以最高限度的提升物体表面的成像一致性，进一步提高微小缺陷的成像能力。但在本技术领域中，远心镜头一般用于尺寸测量，缺陷检测则普遍采用普通工业FA镜头，而不在缺陷检测时使用远心镜头（现有技术普遍认为工业镜头可通过调焦获得更清晰的图像，担心远心镜头适用范围有限）。而本发明的优选实施例通过使用远心镜头，配合特制光源和几个组件的特定位置关系，实现了照明和成像光路的最优匹配，尤其是可以实现与前述规范了光线角度的照明光路之间最优的光学匹配，因而使用远心镜头实现了更好的成像一致性以及细微缺陷的表现，可以实现最优的成效效果，有效打破了技术偏见并获得了意料不到的技术效果。
更优选地，所述远心镜头具有可调光阑。其中，所述可调光阑可以按需调整进入镜头的光线角度。在本发明的优选实施例中，由于采用了一致性好的特制光源，同时采用了远心镜头，使得细微缺陷也能呈现出明显差异图像，显著提升了缺陷检测的精度。但在某些情况下，工件是允许存在一定公差和/或轻微瑕疵的，过高的检测精度有可能会造成一定的误报，又需要后期的软件识别算法消耗算力予以筛选排除。为此，本发明优选实施例中可调光阑通过调整进入镜头的光线角度，可以适当调整（比如放宽或收严）成像的精度，从而按需选择对某些细微瑕疵是否进行成像，在成像环节就降低误报情况，有效降低了后期软件的算力要求。
图4为本发明另一个实施例中的高精度的成像***的结构示意图，与图2所示的实施例相比，只是将参考坐标系由载物平台替换为了待成像平面，并删除了用于侧面照明的第二透镜组和第二发光面，其余结构与原理与图2所示实施例相同或类似，不再赘述。通过将参考坐标系替换为待成像平面，进一步扩展了此方案的适用范围（例如厚度60mm以上的工件），同时使得各部件之间的位置关系更为精确，从而达成更优成像效果。
图5为本发明另一个实施例中的高精度的成像***的结构示意图，与图3所示的实施例相比，只是将参考坐标系由载物平台替换为了待成像平面，并删除了用于侧面照明的第二透镜组、第二光阑以及第二发光体，其余结构与原理与图3所示实施例相同或类似，不再赘述。通过将参考坐标系替换为待成像平面，进一步扩展了此方案的适用范围（例如厚度60mm以上的工件），同时使得各部件之间的位置关系更为精确，从而达成更优成像效果。
在本发明的优选实施例中，如图7所示，还提供一种图像采集装置，包括：图像传感器560和如前所述的成像***，其中，所述图像传感器560用于采集所述镜头510输出的光学图像。优选地，所述图像传感器560的靶面相对于所述镜头510的镜头光轴511倾斜设置（561处所示）。通常情况下，图像传感器的感光面器件为CMOS（Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体）或CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）元件，故此处所述图像传感器的靶面优选指CMOS靶面或CCD靶面。通过传感器相对于镜头光轴的倾斜设置，可实现成像质量的进一步提高，进而提升***对于工件缺陷的检测能力。其中，倾斜设置时，对于图像传感器/相机560靶面的法线相对于镜头光轴511的夹角T'，有tan(T')= M tan(T)；T为镜头光轴511相对于载物平台540法线的夹角，M为镜头放大倍率，具体地，指镜头光轴511与载物平台540（或与工件上表面/第一待成像平面550）的交点位置的镜头放大倍率。当然，由于高阶像差的存在，上述倾斜角度T'可能存在1°~2°以内的偏差。
进一步地，在本发明的一个实施例中，还提供了一种高精度的成像方法，使用如前所述的成像***来获得待检测物品的多个表面的图像。
进一步地，在本发明的一个实施例中，还提供了一种检测设备，包括如上所述的高精度的成像***、图像采集装置和图像识别装置；其中，所述载物平台上可承载待测物品并将所述待测物品动态移入或移出所述成像***的观测范围；所述成像***用于向所述待测物品投射光线并通过所述镜头输出光学图像；所述图像采集装置用于采集所述光学图像；所述图像识别装置用于对采集的所述光学图像进行识别，以检测所述待测物品的缺陷情况。优选地，检测所述待测物品的缺陷情况指：检测所述待检测物品是否存在缺陷，当存在缺陷时，进一步还可检测缺陷的位置和/或类型。
本领域相关技术人员应当理解，本发明权利要求书及说明书的各实施例中虽然给出了各种位置关系，但其仅仅是优选实施方式的示例，不应视作对本发明技术方案具体实施方式的限制。典型地，示例的各种位置关系的主体可以是客观主体，也可以通过平面镜或其他可行方式构建虚像，使得各种位置关系的主体是客观主体的虚像。本领域相关技术人员可在不需要创造性劳动的情况下对示例的各种位置关系及其主体进行各种转换，上述转换的结果应视为仍在本发明所声明的权利要求保护范围之内。
综上所述，本发明实施例提供了一种高精度的成像***、方法、图像采集装置和检测设备，通过照明和成像镜头的一体化设置，有效提升了成像的一致性，可获得高精度且稳定的工件图像。更具体地，本发明的优选实施例中，提升了待测零件在镜头视野中的成像一致性，成像***中对发光区域的形状和/或颜色的设置可进一步提升缺陷的成像效果进一步消除了影响成像稳定性的照明和成像***的缺陷，保证了机器视觉动态检测的更好实现。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (37)

1.一种高精度的成像***，其特征在于，所述成像***包括：镜头（110）、第一透镜组（120）、载物平台（130）和第一发光面（141）；其中，
所述第一透镜组（120）包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第一透镜光轴；
所述第一发光面（141）由光源照射在漫射板上产生，或由平面发光设备产生；所述第一发光面（141）具有三个单色发光区，所述三个单色发光区呈Y形分布且颜色分别为红绿蓝三色；所述第一发光面（141）与所述第一透镜组（120）等效的焦平面的位置差异不超过第一预设范围；
所述镜头（110）为远心镜头或准远心镜头，所述镜头（110）具有镜头光轴，所述镜头光轴与所述载物平台（130）的法线夹角在20~60度之间；
所述第一透镜光轴相对于所述载物平台（130）具有一个第一反射轴，所述镜头光轴与所述第一反射轴的角度偏差不超过第二预设范围；
所述第一预设范围为距离偏差±10mm和/或角度偏差±20度；所述第二预设范围为角度偏差±15度。
2.根据权利要求1所述的成像***，其特征在于，所述成像***还包括：第二透镜组（160）和第二发光面（181）；其中，
所述第二透镜组（160）包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第二透镜光轴；
所述第二发光面（181）与所述第二透镜组（160）等效的焦平面的位置差异不超过所述第一预设范围；
所述第二透镜光轴相对于所述载物平台（130）的一个垂直面具有第二反射轴，所述镜头光轴与所述第二反射轴的角度偏差不超过所述第二预设范围。
3.根据权利要求2所述的成像***，其特征在于，所述第二发光面（181）由光源照射在漫射板上产生，或由平面发光设备产生。
4.根据权利要求2所述的成像***，其特征在于，所述第二发光面（181）具有一个单色发光区，所述单色发光区的边界形状相对于所述第一透镜光轴和/或第二透镜光轴为非对称形状；或者，所述第二发光面（181）具有两个以上颜色不同的单色发光区。
5.根据权利要求4所述的成像***，其特征在于，所述第二发光面（181）具有三个单色发光区，所述三个单色发光区呈Y形分布且颜色分别为红绿蓝三色。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的成像***，其特征在于，所述远心镜头或准远心镜头具有可调光阑。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的成像***，其特征在于，所述第一预设范围为距离偏差±5mm和/或角度偏差±15度；所述第二预设范围为角度偏差±10度。
8.根据权利要求1或2所述的成像***，其特征在于，所述第一发光面（141）和/或第二发光面（181）的发光区域总体近似圆形，所述圆形具有半径R，所述第一透镜组（120）和/或第二透镜组（160）具有等效焦距f，打光特征角为Ω=arctan（R/f），其中，所述打光特征角Ω不大于10度。
9.根据权利要求8所述的成像***，其特征在于，所述第一发光面（141）和/或第二发光面（181）发出的光线经折射后形成出射光，所述成像***通过所述镜头（110）输出所述出射光照射在金属表面上形成的图像。
10.一种高精度的成像***，其特征在于，所述成像***包括：镜头（210）、第一透镜组（220）、载物平台（230）、第一光阑（240）和第一发光体（250）；其中，
所述第一透镜组（220）包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第一透镜光轴；
所述第一光阑（240）所在平面与所述第一透镜组（220）等效的焦平面的位置差异不超过第一预设范围；贴近所述第一光阑（240）设置有滤光装置（242），所述滤光装置（242）包括呈Y形分布的红绿蓝三个带通滤光区域；
所述镜头（210）为远心镜头或准远心镜头，所述镜头（210）具有镜头光轴，所述镜头光轴与所述载物平台（230）的法线夹角在20~60度之间；
所述第一透镜光轴相对于所述载物平台（230）具有一个第一反射轴，所述镜头光轴与所述第一反射轴的角度偏差不超过第二预设范围；
所述第一预设范围为距离偏差±10mm和/或角度偏差±20度；所述第二预设范围为角度偏差±15度。
11.根据权利要求10所述的成像***，其特征在于，所述成像***还包括：第二透镜组（260）、第二光阑（280）和第二发光体（270）；其中，
所述第二透镜组（260）包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第二透镜光轴；
所述第二光阑（280）与所述第二透镜组（260）等效的焦平面的位置差异不超过所述第一预设范围；
所述第二透镜光轴相对于所述载物平台（230）的一个垂直面具有第二反射轴，所述镜头光轴与所述第二反射轴的角度偏差不超过所述第二预设范围。
12.根据权利要求10或11所述的成像***，其特征在于，所述第一光阑（240）和/或第二光阑（280）的透光部分为通光孔，所述通光孔的轮廓为非对称形状；或者，所述第一光阑（240）和/或第二光阑（280）为可变孔径光阑。
13.根据权利要求11所述的成像***，其特征在于，所述成像***还包括：贴近所述第二光阑（280）设置的滤光装置（242），所述滤光装置（242）包括两个以上通带不同的带通滤光区域。
14.根据权利要求13所述的成像***，其特征在于，所述滤光装置（242）为滤光膜，所述滤光膜与所述第一光阑（240）和/或第二光阑（280）的距离不超过10mm；所述滤光膜包括呈Y形分布的红绿蓝三个带通滤光区域。
15.根据权利要求10、11或14所述的成像***，其特征在于，所述远心镜头或准远心镜头具有可调光阑。
16.根据权利要求10、11或14所述的成像***，其特征在于，所述第一预设范围为距离偏差±5mm和/或角度偏差±15度；所述第二预设范围为角度偏差±10度。
17.根据权利要求10或11所述的成像***，其特征在于，所述第一光阑（240）和/或第二光阑（280）的透光部分总体近似圆形，所述圆形具有半径R，所述第一透镜组（220）和/或第二透镜组（260）具有等效焦距f，打光特征角为Ω=arctan（R/f），其中，所述打光特征角Ω不大于10度。
18.根据权利要求17所述的成像***，其特征在于，所述第一光阑（240）和/或第二光阑（280）透射出的光线经折射后形成出射光，所述成像***通过所述镜头（210）输出所述出射光照射在金属表面上形成的图像。
19.一种高精度的成像***，其特征在于，所述成像***包括：镜头（310）、第一透镜组（320）和第一发光面（341）；其中，
所述第一透镜组（320）包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第一透镜光轴；
所述第一发光面（341）具有三个单色发光区，所述三个单色发光区呈Y形分布且颜色分别为红绿蓝三色；所述第一发光面（341）与所述第一透镜组（320）等效的焦平面的位置差异不超过第一预设范围；
所述镜头（310）为远心镜头或准远心镜头，所述镜头（310）具有镜头光轴，所述镜头光轴与待成像平面（390）的法线夹角在20~60度之间；
所述第一透镜光轴相对于所述待成像平面（390）具有一个第一反射轴，所述镜头光轴与所述第一反射轴的角度偏差不超过第二预设范围；
所述第一预设范围为距离偏差±10mm和/或角度偏差±20度；所述第二预设范围为角度偏差±15度。
20.根据权利要求19所述的成像***，其特征在于，所述第一发光面（341）由光源（350）照射在漫射板（340）上产生，或由平面发光设备产生。
21.根据权利要求19所述的成像***，其特征在于，所述第一发光面（341）具有一个单色发光区，所述单色发光区的边界形状相对于所述第一透镜光轴为非对称形状；或者，所述第一发光面（341）具有两个以上颜色不同的单色发光区。
22.根据权利要求19-21中任一项所述的成像***，其特征在于，所述远心镜头或准远心镜头具有可调光阑。
23.根据权利要求19-21中任一项所述的成像***，其特征在于，所述第一预设范围为距离偏差±5mm和/或角度偏差±15度；所述第二预设范围为角度偏差±10度。
24.根据权利要求19-21中任一项所述的成像***，其特征在于，所述第一发光面（341）的发光区域总体近似圆形，所述圆形具有半径R，所述第一透镜组（320）具有等效焦距f，打光特征角为Ω=arctan（R/f），其中，所述打光特征角Ω不大于10度。
25.根据权利要求24所述的成像***，其特征在于，所述第一发光面（341）发出的光线经折射后形成出射光，所述成像***通过所述镜头（310）输出所述出射光照射在金属表面上形成的图像。
26.一种高精度的成像***，其特征在于，所述成像***包括：镜头（410）、第一透镜组（420）、第一光阑（440）和第一发光体（450）；其中，
所述第一透镜组（420）包括至少一个透镜，具有等效的正光焦度、焦点和第一透镜光轴；
所述第一光阑（440）所在平面与所述第一透镜组（420）等效的焦平面的位置差异不超过第一预设范围；贴近所述第一光阑（440）设置有滤光装置（442），所述滤光装置（442）包括呈Y形分布的红绿蓝三个带通滤光区域；
所述镜头（410）为远心镜头或准远心镜头，所述镜头（410）具有镜头光轴，所述镜头光轴与待成像平面（490）的法线夹角在20~60度之间；
所述第一透镜光轴相对于所述待成像平面（490）具有一个第一反射轴，所述镜头光轴与所述第一反射轴的角度偏差不超过第二预设范围；
所述第一预设范围为距离偏差±10mm和/或角度偏差±20度；所述第二预设范围为角度偏差±15度。
27.根据权利要求26所述的成像***，其特征在于，所述第一光阑（440）的透光部分为通光孔，所述通光孔的轮廓为非对称形状；或者，所述第一光阑（440）为可变孔径光阑。
28.根据权利要求26或27所述的成像***，其特征在于，所述成像***还包括：所述滤光装置（442）包括两个以上通带不同的带通滤光区域。
29.根据权利要求28所述的成像***，其特征在于，所述滤光装置（442）为滤光膜，所述滤光膜与所述第一光阑（440）的距离不超过10mm。
30.根据权利要求26、27或29所述的成像***，其特征在于，所述远心镜头或准远心镜头具有可调光阑。
31.根据权利要求26、27或29所述的成像***，其特征在于，所述第一预设范围为距离偏差±5mm和/或角度偏差±15度；所述第二预设范围为角度偏差±10度。
32.根据权利要求26或27所述的成像***，其特征在于，所述第一光阑（440）的透光部分总体近似圆形，所述圆形具有半径R，所述第一透镜组（420）具有等效焦距f，打光特征角为Ω=arctan（R/f），其中，所述打光特征角Ω不大于10度。
33.根据权利要求32所述的成像***，其特征在于，所述第一光阑（440）透射出的光线经折射后形成出射光，所述成像***通过所述镜头（410）输出所述出射光照射在金属表面上形成的图像。
34.一种图像采集装置，其特征在于，所述图像采集装置包括图像传感器和如权利要求1-33中任一项所述的成像***，所述图像传感器用于采集所述镜头输出的光学图像。
35.根据权利要求34所述的图像采集装置，其特征在于，所述图像传感器的靶面相对于所述镜头光轴倾斜设置。
36.一种高精度的成像方法，其特征在于，使用如权利要求1-33中任一项所述的成像***来获得待检测物品的至少一个表面的图像。
37.一种检测设备，其特征在于，包括：如权利要求1-33中任一项所述的高精度的成像***、图像采集装置和图像识别装置；其中，
在载物平台上承载待测物品并将所述待测物品动态移入或移出所述成像***的观测范围；
所述成像***用于向所述待测物品投射光线并通过所述镜头输出光学图像；
所述图像采集装置用于采集所述光学图像；
所述图像识别装置用于对采集的所述光学图像进行识别，以检测所述待测物品的缺陷情况。
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