一种机器视觉检测用线性光源的制作方法

本发明涉及图像识别，特别是指一种机器视觉检测用线性光源。

背景技术：

1、图像识别技术领域围绕工业相机或摄像装置取得的图像、视频帧及其像素灰度、颜色、纹理、轮廓、边缘和位置状态信息开展采集、传输、识别、判断、存储和显示处理，图像数据经相机接口、采集卡或本地总线传送至处理设备，处理程序按照像素坐标、灰度阈值、边缘连续性、轮廓匹配关系和目标状态标记进行比较与判定。其中，传统机器视觉检测用线性光源是指在机器视觉检测场景中对被测工件、包装、印刷品或运动物料的条带区域提供线状照射的光源装置，一般由条形灯体、发光器件、导光或聚光结构、散热基体、安装支架和恒流驱动电路配合构成，检测时光源沿被测对象的待识别边缘或表面纹理方向布置，控制器根据相机曝光时序、输送线位置触发信号和检测工位状态向驱动电路发送点亮、熄灭或亮度设定指令，工业相机在对应照射区域取得图像后供后续边缘、轮廓、纹理和状态信息识别使用。

2、线性光源在机器视觉检测中按整灯亮度或预设档位随曝光时序点亮，条带区域内反射差异和运动位置变化会使局部图像灰度偏离识别参考范围，后续边缘连续性和纹理对比度判断易受过曝或欠曝干扰，恒流驱动过程侧重供电设定，温度电流电压状态与图像响应之间缺少联动校正，检测工位依据相机采集图像进行边缘轮廓纹理识别时，触发信号与曝光信号时序偏差易形成无效采集结果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种机器视觉检测用线性光源，使线性光源在机器视觉检测过程中能够依据检测图像的局部响应、发光区段的工作状态以及图像采集时序对驱动参数进行闭环控制，以适应条带感兴趣区域内不同位置的图像灰度、边缘和纹理响应差异，并对异常图像响应或采集时序偏差进行回退处理。

2、为实现所述目的，本发明采用如下技术方案，一种机器视觉检测用线性光源，包括条形灯体、多个发光区段、驱动通道、工业相机接口、输送线触发接口、光源状态采样电路和控制器。多个发光区段沿所述条形灯体长度方向设置，驱动通道分别与所述多个发光区段连接，工业相机接口用于接收检测图像和曝光信号，输送线触发接口用于接收被测对象位置触发信号，光源状态采样电路用于采集对应发光区段的温度、电流和电压状态。

3、控制器存储条带感兴趣区域中多个图像子区域与所述多个发光区段之间的映射关系。控制器依据所述映射关系，从所述检测图像中提取与各发光区段对应的图像子区域的像素集合，并以所述像素集合的灰度分布、饱和比例、边缘梯度或纹理对比度相对于识别参考范围的偏离方向和偏离程度为输入，生成对应发光区段的分区照明调节量。控制器依据温度、电流和电压状态对所述分区照明调节量进行限幅、补偿或保持处理，并形成更新驱动参数。控制器在所述曝光信号和所述被测对象位置触发信号满足时序对应条件时，将所述更新驱动参数发送至所述驱动通道，并在下一检测图像中重新计算所述像素集合的偏离方向和偏离程度。当所述检测图像提取出的特征数据满足过曝、欠曝、边缘响应缺失中的任一异常条件，或所述曝光信号与所述被测对象位置触发信号之间的时间差超出允许范围时，控制器调用预设回退照明参数替代所述更新驱动参数。

4、进一步地，控制器按照工业相机成像坐标中与所述条形灯体长度方向对应的坐标轴划分所述条带感兴趣区域，得到所述多个图像子区域，并为每个图像子区域写入坐标起点、坐标终点和区域顺序标识。控制器按照所述多个发光区段在所述条形灯体长度方向上的排列顺序生成发光区段编号，并将所述发光区段编号与所述图像子区域的坐标起点、坐标终点和区域顺序标识建立所述映射关系。控制器根据所述被测对象位置触发信号对应的通过方向，确定被测对象经过各发光区段对应照射区域的时间先后顺序，并按照所述时间先后顺序依次调用所述映射关系执行对应图像子区域的特征提取与闭环控制。

5、进一步地，控制器在建立所述映射关系前接收工业相机采集的校准图像，并从所述校准图像中提取条带照射边界位置和条带照射中心线位置。控制器将所述条带照射边界位置与由所述坐标起点和坐标终点确定的交界范围进行比较，当所述条带照射边界位置落入所述交界范围时，控制器判定物理照射区域与所述图像子区域对齐，保持当前图像子区域与对应发光区段的映射关系；当所述条带照射边界位置未落入所述交界范围时，控制器依据所述条带照射中心线位置相对于预设理论中心线的偏差值，对所述图像子区域的坐标起点和坐标终点进行偏移校正，并更新所述图像子区域与所述发光区段编号之间的映射关系。

6、进一步地，控制器对从所述检测图像提取的所述像素集合进行掩膜处理，并剔除位于所述条带照射边界位置外侧的像素点。控制器分别计算所述像素集合内的灰度分布、饱和比例、边缘梯度和纹理对比度，并按照预设映射规则将各计算结果转换为统一尺度的特征值，控制器根据预设特征权重对各特征值进行组合，形成综合图像响应数据。当所述综合图像响应数据落入所述识别参考范围时，控制器生成亮度保持量；当所述综合图像响应数据高于或低于所述识别参考范围时，控制器按照所述偏离方向生成亮度降低量或亮度增加量。

7、进一步地，控制器将所述综合图像响应数据按照采集时间写入单区段响应序列，所述单区段响应序列与所述发光区段编号保持对应。控制器比较当前检测图像的所述综合图像响应数据与前一检测图像的所述综合图像响应数据，得到偏离变化方向，并将所述偏离变化方向与所述亮度降低量或所述亮度增加量组合为所述分区照明调节量。当所述偏离变化方向与所述分区照明调节量对应的调节方向一致时，判定所述分区照明调节量满足收敛条件，控制器允许所述分区照明调节量进入驱动参数生成流程；当所述偏离变化方向与所述分区照明调节量对应的调节方向不一致时，判定所述分区照明调节量满足调节抑制条件，控制器降低所述分区照明调节量的预设亮度调节步长或输出所述亮度保持量。

8、进一步地，所述光源状态采样电路分别从每个发光区段对应的驱动通道取得电流采样值和电压采样值，并从所述条形灯体中靠近发光区段的采样位置取得温度采样值。控制器将所述电流采样值与电流设定范围比较，将所述电压采样值与电压设定范围比较，并将所述温度采样值与温度设定范围比较，得到每个发光区段的区段状态结果。当所述区段状态结果同时满足所述电流设定范围、所述电压设定范围和所述温度设定范围时，控制器允许所述分区照明调节量进入驱动参数生成流程；当任一区段状态结果不满足对应设定范围时，控制器对对应发光区段执行限幅处理。

9、进一步地，控制器为每个发光区段存储预设亮度调节步长、驱动电流上限、驱动电流下限和温度修正等级，并将所述区段状态结果写入与所述发光区段编号对应的状态记录。当所述区段状态结果中的温度采样值高于所述温度设定范围时，控制器按照所述温度修正等级降低对应发光区段的驱动电流上限或直接降低驱动参数，使对应发光区段在温度状态偏高时能够有效降温；当所述区段状态结果中的电流采样值低于所述电流设定范围且电压采样值处于所述电压设定范围内时，控制器按照所述预设亮度调节步长补偿所述分区照明调节量。控制器将经所述限幅处理或补偿处理后的分区照明调节量与当前驱动参数相加得出新的目标驱动值，并将所述目标驱动值与所述驱动电流上限、所述驱动电流下限比较，当所述目标驱动值超出界限，则将所述目标驱动值截断至所述驱动电流上限或所述驱动电流下限，并生成所述更新驱动参数。

10、进一步地，控制器接收所述曝光信号中的曝光开始时刻和曝光结束时刻，并接收所述被测对象位置触发信号中的到位时刻。控制器将所述到位时刻与所述曝光开始时刻进行比较，当所述到位时刻处于所述曝光开始时刻之前的允许提前范围内时，控制器依据光源固有响应延迟时间生成提前点亮指令；当所述到位时刻处于所述曝光开始时刻至所述曝光结束时刻之间时，控制器生成同步点亮指令。控制器按照所述提前点亮指令或所述同步点亮指令向与被测对象通过位置对应的驱动通道发送所述更新驱动参数，并在所述曝光结束时刻后输出熄灭指令。

11、进一步地，控制器根据所述被测对象位置触发信号确定被测对象移动方向，并根据所述映射关系确定所述被测对象移动方向上相邻的发光区段。当当前发光区段对应的驱动通道接收所述更新驱动参数后，控制器向所述相邻的发光区段对应的驱动通道发送预点亮参数，所述预点亮参数的输出时刻早于被测对象到达所述相邻的发光区段对应照射位置的时刻。控制器在被测对象实际到达所述相邻的发光区段对应照射位置后采集的下一检测图像中提取与所述相邻的发光区段对应的图像子区域的像素集合，并重新计算所述像素集合相对于所述识别参考范围的偏离方向和偏离程度，当所述偏离程度处于允许偏离范围内时，控制器保持所述预点亮参数；当所述偏离程度超出所述允许偏离范围时，控制器依据所述偏离方向、所述偏离程度和所述分区照明调节量更新所述预点亮参数。

12、进一步地，控制器建立异常状态时间窗，并在连续多帧检测图像中基于所述图像子区域分别统计饱和比例和边缘梯度，并将统计结果与异常判定范围进行比较。当任一图像子区域的所述饱和比例连续预设帧数落入所述异常判定范围，或者所述边缘梯度连续预设帧数低于边缘响应下限时，控制器判定连续检测图像满足异常条件，并停止采用当前分区照明调节量生成驱动参数。当所述曝光信号与所述被测对象位置触发信号之间的时间差超出允许范围时，控制器判定采集时序异常，输出异常提示信号，并调用所述预设回退照明参数向与异常图像子区域对应的驱动通道输出回退驱动参数。

13、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

14、多个发光区段与条带感兴趣区域中的图像子区域建立映射关系后，控制器以像素集合的灰度分布、饱和比例、边缘梯度或纹理对比度相对识别参考范围的偏离方向和偏离程度生成分区照明调节量，使局部照射位置与局部图像响应形成对应。光源状态采样电路取得温度、电流或电压状态后，控制器对分区照明调节量进行限幅、补偿或保持处理，并在曝光信号与被测对象位置触发信号满足时序对应条件时输出更新驱动参数，使照明控制与图像采集形成闭环。异常条件触发回退照明参数，减少异常图像继续参与调节。