一种用于物品微观纹理采集的专用光学图像采集方法及装置与流程

本发明涉及光学图像采集，具体涉及一种用于物品表面微观纹理采集的专用光学图像采集方法及装置。

背景技术：

1、基于物品表面微观物理特征的防伪鉴真方式，通常需要在生产端或登记端采集物品表面某一固定区域的微观纹理图像，并在验证端采集对应区域的图像后进行特征提取和比对。由于纸张纤维、印刷着墨边界、皮革表面、金属加工表面、织物纤维以及包装封签等区域均可能具有随机形成的微观结构，因此该类微观纹理图像的采集质量直接影响后续登记、比对和鉴真结果。

2、现有采集方式中，固定台式显微镜能够获得一定倍率的局部图像，但设备形态和工作距离较为固定，难以同时适配生产线连续采集、消费端固定验证以及现场移动验证等场景。普通工业相机配合通用微距镜头虽然具有一定成像能力，但通常缺少面向微观纹理显现的专用照明控制，难以根据不同表面材质调整照明角度、照明强度和曝光条件。

3、此外，现有采集端通常仅完成图像获取，缺少对清晰度、亮度均匀性、过曝程度、纹理信息量和运动状态的前置质量判断，也缺少针对目标采集区域的定位引导和重采控制。若模糊、过曝、区域偏移或纹理信息不足的图像直接进入后续特征提取环节，容易造成登记特征不稳定或验证比对失败。因此，需要一种能够集成区域定位、微距成像、可控照明、质量门控、重采控制和元数据输出的专用光学图像采集方法及装置。

技术实现思路

1、为解决现有微观纹理采集方式中采集区域不易重复定位、不同材质表面成像条件不一致、图像质量缺少采集端门控以及采集图像与采集参数缺少绑定输出的问题，本发明提供一种用于物品微观纹理采集的专用光学图像采集方法及装置。该方法在采集前依据物品表面的定位基准确定预设采集区域，并根据预设采集区域的表面材质配置微距成像参数和照明参数；在对准偏差和运动状态均满足采集条件后，对预设采集区域进行不低于10倍放大倍率的微观光学成像；随后对微观纹理图像进行清晰度、亮度均匀性、过曝程度和纹理丰度质量评估，并在质量不合格时调整参数后重新采集，在质量合格时生成采集元数据并将微观纹理图像和采集元数据输出至外部处理设备。由此，采集端能够形成区域定位、参数配置、微距成像、质量评估、重采控制和数据输出的连续处理流程。

2、本发明提供的一种用于物品微观纹理采集的专用光学图像采集方法，包括如下步骤。s1，获取待采集物品的采集任务信息，依据物品表面的定位基准确定预设采集区域，并生成光学成像中心相对于所述预设采集区域的对准偏差信息。所述采集任务信息可以包括物品标识、采集区域标识、采集区域位置描述、材质类别、采集场景和输出目标。所述定位基准为物品表面能够重复识别的宏观结构，所述宏观结构包括物品轮廓、包装边界、标签边界、条形码边界、二维码定位图案、印刷图案边界或封签边缘。采集装置通过识别所述宏观结构建立物品坐标系，再按照预设偏移量、预设采集窗口尺寸和预设采集方向确定微观成像范围。所述对准偏差信息用于表示当前光学成像中心与目标微观成像范围之间的平移偏差、角度偏差或尺度偏差。

3、s2，根据所述预设采集区域的表面材质和对准偏差信息，配置微距成像参数和照明参数。所述表面材质可以由采集任务信息给出，也可以通过物品编码对应的登记信息确定，还可以根据预览图像中的反射强度、局部纹理方向、颜色分布和亮度分布进行判断。所述微距成像参数包括放大倍率、工作距离、曝光时间、增益和对焦位置。所述照明参数包括照明角度、照明强度、内外圈光源亮度比例和曝光同步时序。对于印刷着墨区域，采集装置可以提高斜射照明分量以增强油墨渗透边界、孔隙和微观亮斑的可见度；对于反光表面，采集装置可以降低直射光强并调整导光或遮光结构；对于纤维类表面，采集装置可以调整环形照明和斜射照明的亮度比例，使纤维交叉纹理在图像中具有稳定对比度。

4、s3，在对准偏差满足采集条件且采集装置运动状态满足稳定条件时，对所述预设采集区域进行不低于10倍放大倍率的微观光学成像，获得微观纹理图像。所述运动状态可以通过加速度信号、角速度信号或连续预览图像之间的位移变化量确定。当运动稳定指标超过稳定阈值时，采集装置暂停曝光并输出延迟采集控制信号；当运动稳定指标不超过稳定阈值时，采集装置使照明曝光时序与图像传感器曝光时序同步，并在规定工作距离内完成微距成像。所述微观纹理图像用于表征物品表面由纸张纤维、印刷着墨、皮革表面、金属加工面、织物纤维、玻璃表面、陶瓷表面或塑料表面形成的微观物理特征。

5、s4，对所述微观纹理图像进行质量评估，所述质量评估包括清晰度、亮度均匀性、过曝程度和纹理丰度的综合评价。清晰度可以根据微观纹理图像的拉普拉斯响应方差确定，亮度均匀性可以根据微观纹理图像分块亮度的均值和标准差确定，过曝程度可以根据达到饱和阈值的像素比例确定，纹理丰度可以根据灰度分布或局部纹理响应分布的信息熵确定。质量评估时，采集装置对清晰度、亮度均匀性、过曝程度和纹理丰度分别进行归一化处理，并按照预设权重计算综合质量评分。综合质量评分可以表示为，其中表示归一化清晰度指标，表示亮度均匀性指标，表示过曝比例，表示归一化纹理丰度指标，、、和表示对应权重，并满足。

6、s5，当质量评估结果不满足预设质量条件时，调整所述微距成像参数或照明参数并重新执行微观光学成像。当微观纹理图像的过曝程度不满足预设质量条件时，采集装置降低照明强度、缩短曝光时间或降低增益；当清晰度不满足预设质量条件时，采集装置调整对焦位置、工作距离或曝光时间；当亮度均匀性不满足预设质量条件时，采集装置调整不同光源的亮度比例或切换照明角度；当纹理丰度不满足预设质量条件时，采集装置改变斜射照明方向或提高用于增强表面起伏的照明分量。重新采集的次数达到预设次数后仍未满足预设质量条件时，采集装置输出采集失败状态或需人工复核状态。

7、s6，当质量评估结果满足预设质量条件时，生成与所述微观纹理图像对应的采集元数据，并将所述微观纹理图像和所述采集元数据输出至外部处理设备。所述采集元数据包括物品标识、采集区域标识、采集时间、采集装置标识、实际放大倍率、工作距离、曝光时间、增益、照明角度、照明强度、质量评估结果、对准偏差信息、重采次数和运动稳定指标。输出时，采集装置将采集元数据与对应图像建立绑定关系，并按照外部处理设备可解析的数据格式传输。

8、进一步地，对同一待采集物品设置多个预设采集区域时，采集装置按照预设采集顺序依次确定各预设采集区域的对准偏差信息，并分别执行微距成像、质量评估和重采控制。任一预设采集区域的微观纹理图像满足预设质量条件后，采集装置将该微观纹理图像、区域标识和对应采集元数据写入采集结果集合，再切换至下一预设采集区域。当全部预设采集区域均完成合格采集后，采集装置将采集结果集合输出至外部处理设备。

9、另一方面，本发明还提供一种用于物品微观纹理采集的专用光学图像采集装置。该装置包括采集区域定位单元、参数配置单元、微距光学成像单元、可控照明单元、运动稳定检测单元、图像质量控制单元、重采控制单元和图像输出接口。采集区域定位单元用于获取待采集物品的采集任务信息，依据物品表面的定位基准确定预设采集区域，并生成光学成像中心相对于所述预设采集区域的对准偏差信息。参数配置单元用于根据所述预设采集区域的表面材质和对准偏差信息配置微距成像参数和照明参数。微距光学成像单元用于对所述预设采集区域进行不低于10倍放大倍率的微观光学成像。可控照明单元用于按照所述照明参数向所述预设采集区域提供可控角度和可控强度的照明。运动稳定检测单元用于在成像前检测采集装置相对于待采集物品的运动状态。图像质量控制单元用于对微观纹理图像进行清晰度、亮度均匀性、过曝程度和纹理丰度质量评估。重采控制单元用于在质量评估结果不满足预设质量条件时控制参数调整和重新采集。图像输出接口用于在质量评估结果满足预设质量条件时，将微观纹理图像和采集元数据输出至外部处理设备。

10、所述微距光学成像单元可以包括微距镜头组、图像传感器和对焦机构。微距镜头组的光学放大倍率不低于10倍，对焦机构用于在规定工作距离内调整成像焦点，使预设采集区域中的微观纹理能够被清晰成像。所述可控照明单元可以包括内圈光源、外圈光源、导光结构、遮光结构和照明控制电路。照明控制电路根据参数配置单元输出的照明参数控制内圈光源和外圈光源的亮度比例，并控制照明曝光时序与图像传感器曝光时序同步。采集区域定位单元可以包括机器可读编码解码模块和对准引导显示模块。机器可读编码解码模块用于读取物品表面编码并建立物品坐标系，对准引导显示模块用于显示目标采集区域和当前对准偏差信息。图像输出接口输出的采集元数据与微观纹理图像对应存储或同步传输。

11、本发明的技术方案通过在采集端将目标区域定位、材质适配照明、微距光学成像、运动稳定判断、图像质量门控、重采控制和采集元数据输出结合为一套连续处理机制。该机制先确定物品表面可重复定位的预设采集区域，再依据表面材质配置成像和照明参数，在运动稳定和对准合格的条件下进行微距成像，并通过清晰度、亮度均匀性、过曝程度和纹理丰度评价图像是否适合后续处理。对于不合格图像，采集端通过参数调整进行重采；对于合格图像，采集端同步输出图像和采集元数据，使后续特征提取、登记入库、验证比对或采集审计能够获得稳定的数据基础。

12、与现有技术相比，本发明至少具有以下技术效果：其一，通过定位基准、物品坐标系和对准偏差信息确定预设采集区域，使生产端、验证端或不同批次采集设备能够围绕同一表面区域进行重复成像，从而提高微观纹理图像的区域一致性；其二，通过依据表面材质配置微距成像参数和照明参数，使印刷着墨区域、纤维类表面和反光表面等不同材质能够在适配的照明和曝光条件下成像，从而提高微观纹理的可见度和图像可用性；其三，通过采集端质量评估和重采控制，使模糊、过曝、亮度不均或纹理信息不足的图像在输出前被拦截或重新采集，从而降低后续特征提取、登记入库或验证比对受到低质量图像影响的可能性；其四，通过将采集元数据与微观纹理图像绑定输出，使外部处理设备能够根据实际采集条件选择处理参数，并对图像来源、采集状态和质量结果进行复核。上述技术效果相互配合，使本发明能够在生产线固定采集、消费端固定验证和现场采集等场景中，为物品微观纹理的后续识别处理提供一致、合格且可追溯的图像输入。