CN113464859A - 一种分区可控环形机器视觉光源及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分区可控环形机器视觉光源及其控制方法，分区可控环形机器视觉光源包括：多个环形光源组件，多个环形光源组件层叠设置，多个环形光源组件的半径均不相同，且多个环形光源组件的轴心线重合，其中，环形光源组件包括多个圆弧子区，圆弧子区内均匀排布有多个LED灯珠，同一环形光源组件的LED灯珠的倾斜角均相同；控制组件，控制组件包括多个控制单元，控制单元与圆弧子区一一对应，控制单元用于调整对应的圆弧子区内的LED灯珠的亮度。本发明可以提供丰富多样的光场条件，为工业检测中各种复杂的检测场景提供了便利，在保证引线数量尽可能少的前提下，提高了对光场控制的准确度。本发明可广泛应用于机器视觉光源技术领域。

Description

一种分区可控环形机器视觉光源及其控制方法

技术领域

本发明涉及机器视觉光源技术领域，尤其涉及一种分区可控环形机器视觉光源及其控制方法。

背景技术

在《中国制造2025》行动纲领指引下，工业检测的重要性逐步提升，为了提高检测效率，节省人力成本，工业检测也必然需要运用到机器视觉检测，这样才能做到高效的工业作业。而在整个视觉检测***中，检测光源尤为重要。市面上也存在许多控制光源，也有很多分层控制的环形光源。通过控制光源的颜色，光强，或者区域，来提供特殊的光照环境，进而满足不同的需求。

比如在应对汽车漆面划痕的缺陷检测中，针对光滑高反的汽车表面这种特殊的情况，已经有了多层环形低角光源，这种设计通过低角，并利用划痕等缺陷产生的漫反射，巧妙的使镜头捕捉到了缺陷，并且多层多角度的设计丰富了入射角度，可以适用于很多的情况。虽然这种环形底角光源已经可以做到大部分的检测，但是对于一些特殊位置的缺陷检测，在实际检测中仍存在不足。考虑到一些零件外表的不规则性，当我们最对某一个区域进行检测的时候，其他区域的反射光线，会影响到需要观测的区域，所以需要对光源进行区域控制，减少这种不良干扰。

现有的环形控制光源，大多也只能做到分层控制，并不能经行精准的区域控制，有些可以做到分区的，也因所划分区域过大，或者组合单一，使得区域划分毫无意义。因此分区精准控制的机器视觉光源，具有迫切的需求和广阔的应用前景。理论上，如果做到每一个LED灯珠单独控制，就可以解决相关问题。但是实际的光源制作中，因为单独控制所需要的接线数量庞大，使得制作这样一个光源不切实际，当LED灯珠小而多时，集成问题难以解决。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种多层次、多角度、控制准确的分区可控环形机器视觉光源及其控制方法。

本发明所采用的第一技术方案是：

一种分区可控环形机器视觉光源，包括：

多个环形光源组件，所述多个环形光源组件层叠设置，所述多个环形光源组件的半径均不相同，且所述多个环形光源组件的轴心线重合，其中，所述环形光源组件包括多个圆弧子区，所述圆弧子区内均匀排布有多个LED灯珠，同一环形光源组件的LED灯珠的倾斜角均相同；

控制组件，所述控制组件包括多个控制单元，所述控制单元与所述圆弧子区一一对应，所述控制单元用于调整对应的圆弧子区内的LED灯珠的亮度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，同一环形光源组件的圆弧子区的圆心角相同。

进一步地，在本发明的一个实施例中，各所述环形光源组件的圆弧子区的数量均相同，且各所述环形光源的圆弧子区的圆心角均相同。

进一步地，在本发明的一个实施例中，各所述环形光源组件的圆弧子区的中心线一一对应，且对应的中心线相互平行。

进一步地，在本发明的一个实施例中，各所述环形光源组件的圆弧子区的中心线两两不平行。

进一步地，在本发明的一个实施例中，各所述环形光源组件按照半径大小依次层叠设置。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述分区可控环形机器视觉光源还包括多个引线，所述引线与所述圆弧子区一一对应，同一圆弧子区内的LED灯珠均通过同一引线与对应的控制单元连接。

本发明所采用的第二技术方案是：

一种分区可控环形机器视觉光源的控制方法，用于通过上述分区可控环形机器视觉光源实现，包括以下步骤：

获取待照射区域的位置信息，进而根据所述位置信息确定入射角度和光照强度；

根据所述入射角度选取若干个环形光源组件，进而根据所述位置信息在选取的环形光源组件上确定若干个圆弧子区作为待控制圆弧子区；

根据所述待控制圆弧子区确定对应的控制单元，进而通过所述控制单元生成若干个控制信号，所述控制信号根据所述光照强度生成；

通过所述控制信号对所述待控制圆弧子区的LED灯珠的亮度进行调整。

本发明的有益效果是：本发明一种分区可控环形机器视觉光源及其控制方法，通过设置多层环形光源组件，并在环形光源组件上划分出多个圆弧子区，进而可以对各个圆弧子区内LED灯珠的亮度进行分区控制调整，从而实现对被照射区域光场的控制，由于多层环形光源组件上圆弧子区的分区设置，使得被照射区域光场的大小、位置、光照强度和入射角度均可以通过调整对应的圆弧子区内LED灯珠的亮度来进行调整，一方面可以提供丰富多样的光场条件，为工业检测中各种复杂的检测场景提供了便利，另一方面通过对LED灯珠的分层分区控制，在保证引线数量尽可能少的前提下，提高了对光场控制的准确度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的分区可控环形机器视觉光源的结构框图；

图2为本发明实施例提供的分区可控环形机器视觉光源的立体示意图；

图3为本发明实施例提供的分区可控环形机器视觉光源的切面示意图；

图4为本发明实施例提供的分区可控环形机器视觉光源的第一种分区示意图；

图5为本发明实施例提供的分区可控环形机器视觉光源的第二种分区示意图；

图6为本发明实施例提供的分区可控环形机器视觉光源的引线连接示意图；

图7为本发明实施例提供的分区可控环形机器视觉光源的控制组件的示意图；

图8为本发明实施例提供的分区可控环形机器视觉光源的控制方法的步骤流程图。

附图标记：

10、环形光源组件；20、被照射区域；101、圆弧子区；1011、LED灯珠。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

在本发明的描述中，多个的含义是两个以上，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。

参照图1、2和3，本发明实施例提供了一种分区可控环形机器视觉光源，包括：

多个环形光源组件10，多个环形光源组件10层叠设置，多个环形光源组件10的半径均不相同，且多个环形光源组件10的轴心线重合，其中，环形光源组件10包括多个圆弧子区101，圆弧子区101内均匀排布有多个LED灯珠1011，同一环形光源组件10的LED灯珠1011的倾斜角均相同；

控制组件，控制组件包括多个控制单元，控制单元与圆弧子区101一一对应，控制单元用于调整对应的圆弧子区101内的LED灯珠1011的亮度。

如图3所示为本发明实施例提供的分区可控环形机器视觉光源的切面示意图，可以理解的是，本发明实施例的环形光源组件10总共有N层(图2和图3中均仅示出了三层的情形)，每层环形光源组件10均设置有多个LED灯珠1011，每层环形光源组件10的半径可以表示为R1、R2...RN，每层环形光源组件10之间的间距以及底层环形光源组件10与被照射区域20之间的距离可以表示为D1、D2...DN。每层环形光源组件10的入射角度可以表示为β1、β2...βN。

分区的多少往往取决于光源工件大小及走线的难度，因为实现每个LED灯珠单独控制的成本和技术都不切实际，本发明实施例用M表示环形光源组件所能划分的圆弧子区的最大数量，相对于数量极多的LED灯珠，分区数量一般较少。

如图2所示为本发明实施例提供的分区可控环形机器视觉光源的立体示意图，可以理解的是，本发明实施例中环形光源组件10共有三层(N＝3)，每层环形光源组件10分成了九个圆弧子区101(M＝9)，每个圆弧子区101内含有若干个LED灯珠1011，每层环形光源组件10内LED灯珠1011的倾斜角一致，并且每层环形光源组件10的半径不同。

进一步作为可选的实施方式，同一环形光源组件的圆弧子区的圆心角相同。

具体地，同一环形光源组件的圆弧子区的圆心角相同，可以使得LED灯珠的分布更加均匀，便于多层次、多角度地调整被照射区域光场。

进一步作为可选的实施方式，各环形光源组件的圆弧子区的数量均相同，且各环形光源的圆弧子区的圆心角均相同。

具体地，每层环形光源组件的圆弧子区数量和圆心角均相同，便于通过多层环形环形光源组件的圆弧子区形成规则的均匀场，进一步为多层次、多角度地调整被照射区域光场提供了便利。

参照图4，进一步作为可选的实施方式，各环形光源组件的圆弧子区的中心线一一对应，且对应的中心线相互平行。

如图4所示为本发明实施例提供的分区可控环形机器视觉光源的第一种分区示意图，本发明实施例中以两层环形光源组件为例，各层设有9个圆弧子区，各层的圆弧子区平行排布，对应的圆弧子区的中心线相互平行。图4中，中间区域为多层环形光源组件形成的均匀场，由于本发明实施例中各层均设有9个圆弧子区且各层的圆弧子区平行排布，因此形成的均匀场总共分为9个分区，每个区域角度θ＝40°。每一层的环形光源组件都由字母表示，例如A层，B层...到N层。A层的圆弧子区用A1、A2...AM表示，B层的圆弧子区用B1、B2...BM表示。

当需要控制某一个均匀场分区，只需要找对应该分区的圆弧子区，例如需要调整分区9的光场，就可以调整A9、B9两个圆弧子区的LED灯珠。又因为A层与B层的入射角不同，所以在调整光照强度的同时还可以对入射角度进行调整。在本发明实施例中(N＝2)，对于均匀场分区9，总共有4种组合，只开A9、只开B9、全开和全闭。以此类推，对于有N层的光源，一个均匀场分区可以有2^N种组合。

参照图5，进一步作为可选的实施方式，各环形光源组件的圆弧子区的中心线两两不平行。

如图5所示为本发明实施例提供的分区可控环形机器视觉光源的第二种分区示意图，本发明实施例中以两层环形光源组件为例，各层设有9个圆弧子区，各层的圆弧子区错位排布，各圆弧子区的中心线两两不平行。可以理解的是，本发明实施例中各层的圆弧子区相互错开，这样各层的圆弧子区在被照射区域产生的光场也相互错开，在叠加部分就会产生一个很小的均匀场分区。

进一步地，为了使每一个均匀场分区大小保持一致，可以优化错开角度，将错开的角度设为θ＝[360°/(MN)]，便可以将均匀场划分为大小相等的MN个均匀场分区。这样便在可行的技术条件下，尽可能地细化了均匀场分区。

如图5所示，可以将均匀场分区进行标号，依次编号为O1至OMN。同时也对N层环形光源组件的圆弧子区进行标号，A层的圆弧子区用A1、A2...AM表示，B层的圆弧子区用B1、B2...BM表示，再将划分的均匀场分区与圆弧子区相对应。在控制上也类似于上述平行排布的实施例，比如要控制O1区域，可以调整其对应圆弧子区A1和B9内的LED灯珠，这样就可以调节O1区域的光强与入射角。

可以理解的是，平行分布与错位分布在同样层数N与同样圆弧子区数M的条件下，两者在最小区域的光区提供的组合上是一样多的，都是有2^N种组合。但错位排布的可控均匀场分区可以更小，本发明实施例中为20°扇形区，而相同层数、相同圆弧子区数的平行排布最小均匀场分区为40°扇形区。当对相同大小的均匀场区域经行控制时(例如都为40°)，错位分布可以提供更多的控制组合，比如图5中对O1、O2进行控制，总共有8种组合，以此类推共有2^(2N-1)种组合。

进一步作为可选的实施方式，各环形光源组件按照半径大小依次层叠设置。

参照图6，进一步作为可选的实施方式，分区可控环形机器视觉光源还包括多个引线，引线与圆弧子区一一对应，同一圆弧子区内的LED灯珠均通过同一引线与对应的控制单元连接。

本发明实施例中，每一个圆弧子区都进行单独的引线控制。从每一个圆弧子区引出一根引线，设置好接口型号，与控制组件的对应的端口匹配，就可以实现控制组件对各个圆弧子区内LED灯珠的控制。引线方式可以根据需要以实际生产条件进行设计，最直接的方法就是每一个圆弧子区直接引线到控制组件上，也可以将多个圆弧子区的引线整合后再接入控制组件。控制组件上的端口数也可以根据需要来进行合理设计，在接口上可以利用RS-232、EIA-485等通信方式进行设计，在此不作赘述。

可选地，控制组件可以包括人机交互模块，当圆弧子区总数MN很少时，可以在控制组件为每一个圆弧子区设置一个单独的旋钮进行开关亮度的控制，其中每个旋钮可以调整对应圆弧子区内所有LED灯珠的亮度，从全暗到全亮，还可设置一个数显板便于对亮度的精准调控。

如图6所示为本发明实施例提供的分区可控环形机器视觉光源的引线连接示意图，本发明实施例的控制组件设有用于人机交互的数显板、开关以及多个对应于各个圆弧子区的旋钮，A层包括A1至A9，B层包括B1至B9，可分别对各个圆弧子区内的LED灯珠进行调控。

如图7所示为本发明另一种实施例提供的控制组件的示意图，在该实施例中，提前对应好均匀场分区与圆弧子区，可直接将圆弧子区按顺序标记为1、2、3、4....到M，为每一个讯号设置一个第一旋钮，第一旋钮分为三个档位，一个关，一个开，一个在保持开的同时接入控制；同时每一层环形光源组件设置一个第二旋钮，当一个各层同一序号的圆弧子区接入时，可以旋转A层、B层、C层....到N层，从而实现对同一序号的圆弧子区的分层控制。例如接入M区中序号为3的第一旋钮，控制N区的第二旋钮A和B，即可控制圆弧子区A3和B3；也可以同时接入M区中序号为7、8的第一旋钮，再调整N区的第二旋钮B，即可控制圆弧子区B7、B8。

以上是对本发明实施例的结构和控制方式进行了说明，可以理解的是，本发明实施例通过设置多层环形光源组件，并在环形光源组件上划分出多个圆弧子区，进而可以对各个圆弧子区内LED灯珠的亮度进行分区控制调整，从而实现对被照射区域光场的控制，由于多层环形光源组件上圆弧子区的分区设置，使得被照射区域光场的大小、位置、光照强度和入射角度均可以通过调整对应的圆弧子区内LED灯珠的亮度来进行调整，一方面可以提供丰富多样的光场条件，为工业检测中各种复杂的检测场景提供了便利，另一方面通过对LED灯珠的分层分区控制，在保证引线数量尽可能少的前提下，提高了对光场控制的准确度。

参照图8，本发明实施例提供了一种分区可控环形机器视觉光源的控制方法，用于通过上述分区可控环形机器视觉光源实现，包括以下步骤：

S101、获取待照射区域的位置信息，进而根据位置信息确定入射角度和光照强度；

S102、根据入射角度选取若干个环形光源组件，进而根据位置信息在选取的环形光源组件上确定若干个圆弧子区作为待控制圆弧子区；

S103、根据待控制圆弧子区确定对应的控制单元，进而通过控制单元生成若干个控制信号，控制信号根据光照强度生成；

S104、通过控制信号对待控制圆弧子区的LED灯珠的亮度进行调整。

具体地，本发明实施例的控制方法可实现对分区可控环形机器视觉光源的自动化控制，可以提供丰富多样的光场条件，为工业检测中各种复杂的检测场景提供了便利，同时也提高了对光场控制的准确度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。上述方法可以使用标准编程技术—包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机***通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机***的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。上述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，上述方法可以在可操作地连接至合适的任何类别的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、***、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所描述步骤的指令或程序时，本文所描述的发明包括这些和其他不同类别的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所描述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。

计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所描述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

以上，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (8)

1.一种分区可控环形机器视觉光源，其特征在于，包括：

多个环形光源组件，所述多个环形光源组件层叠设置，所述多个环形光源组件的半径均不相同，且所述多个环形光源组件的轴心线重合，其中，所述环形光源组件包括多个圆弧子区，所述圆弧子区内均匀排布有多个LED灯珠，同一环形光源组件的LED灯珠的倾斜角均相同；

控制组件，所述控制组件包括多个控制单元，所述控制单元与所述圆弧子区一一对应，所述控制单元用于调整对应的圆弧子区内的LED灯珠的亮度。

2.根据权利要求1所述的一种分区可控环形机器视觉光源，其特征在于：同一环形光源组件的圆弧子区的圆心角相同。

3.根据权利要求2所述的一种分区可控环形机器视觉光源，其特征在于：各所述环形光源组件的圆弧子区的数量均相同，且各所述环形光源的圆弧子区的圆心角均相同。

4.根据权利要求3所述的一种分区可控环形机器视觉光源，其特征在于：各所述环形光源组件的圆弧子区的中心线一一对应，且对应的中心线相互平行。

5.根据权利要求3所述的一种分区可控环形机器视觉光源，其特征在于：各所述环形光源组件的圆弧子区的中心线两两不平行。

6.根据权利要求1所述的一种分区可控环形机器视觉光源，其特征在于：各所述环形光源组件按照半径大小依次层叠设置。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的一种分区可控环形机器视觉光源，其特征在于：所述分区可控环形机器视觉光源还包括多个引线，所述引线与所述圆弧子区一一对应，同一圆弧子区内的LED灯珠均通过同一引线与对应的控制单元连接。

8.一种分区可控环形机器视觉光源的控制方法，用于通过如权利要求1至7中任一项所述的分区可控环形机器视觉光源实现，其特征在于，包括以下步骤：

获取待照射区域的位置信息，进而根据所述位置信息确定入射角度和光照强度；

根据所述入射角度选取若干个环形光源组件，进而根据所述位置信息在选取的环形光源组件上确定若干个圆弧子区作为待控制圆弧子区；

根据所述待控制圆弧子区确定对应的控制单元，进而通过所述控制单元生成若干个控制信号，所述控制信号根据所述光照强度生成；

通过所述控制信号对所述待控制圆弧子区的LED灯珠的亮度进行调整。

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