一体式图像采集装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种一体式图像采集装置，具体涉及一种环境试验样品的一体式图像采集装置，属于环境试验技术领域。


背景技术：

2.在进行环境试验时，试验样品会发生腐蚀、老化、开裂等现象，同时其组织、性能也会随时间发生变化。其中，样品的外观变化是最容易观测的，也是反映其环境适应性的一项重要指标。
3.科研人员在记录样品外观变化时，最常用的是使用相机对样品进行拍照。但是，拍摄照片的质量与场景、拍照人员的操作手法等密切相关。阴天和晴天、早上和中午、室内和室外等差异会造成照片的质量差异很大。这会导致记录的照片无法完全准确地反应样品外观的真实情况。其次，不同试验阶段的样品，可能是由不同的人使用不同参数的相机进行拍照，相机的感光、分辨率以及各项具体照相参数皆是人为调节。将这些不同阶段采集的照片进行对比，给科研对比工作的进行增加了难度。第三，使用相机给样品拍照时，由于角度、视场等因素，可能导致无法拍摄到样品的全部特征，这些特征的遗失，将会导致得到结果与事实存在一定差异。最后，拍摄光洁的金属材料表面容易反光，拍照角度调整可能会在图像上留下阴影；景深较大时，照片会出现部分虚化等问题。
4.使用现有的图像采集方法，不同人员、不同阶段采集的图像一致性差，且存在特征丢失的情况，无法获得标准的、高质量的样品外观图像。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术中的不足之处，本实用新型提出一体式图像采集装置，为研发人员提供标准、高质量的样品外观图像，采集信息全面，有利于环境试验样品的精准数据分析及收集。
6.为了实现上述目的，本实用新型的技术方案：
7.一体式图像采集装置，其包括架体及设于该架体上的驱动箱、工作台面，所述工作台面上设置有可分别纵向移动定位及绕自身中轴线分度旋转的载物台，用于置放试验样品，所述载物台上方横向定位有横向步进机构，所述横向步进机构上横向滑动定位有竖向步进机构，该竖向步进机构上定位有基座，所述基座通过旋转轴步进机构定位有标准采集设备及光源，该标准采集设备对所述载物台上的试验样品进行拍摄。
8.进一步的，所述工作台面的侧向四周及上方通过深茶色亚克力板合围成密闭工作空间，所述载物台、标准采集设备及光源均处于所述密闭工作空间内。
9.进一步的，所述架体底部设置有一体脚轮。
10.进一步的，所述工作台面上定位有纵向步进机构，所述纵向步进机构上纵向滑动定位有分度盘，所述载物台设于该分度盘上。
11.进一步的，所述密闭工作空间上设置有自动升降门或/和检修门。
12.本实用新型的有益效果：通过对试验样品进行标准化拍摄及标准化处理，优化图像质量，同时消除第三方因素对拍摄照片的各类瑕疵影响，采集得到的图像更加准确地反映试验样品外观的真实情况，图像一致性更高，为研发人员提供标准、高质量的样品外观图像，采集信息全面，有利于环境试验样品的精准数据分析及收集。
附图说明
13.图1是本实用新型一体式图像采集装置的立体结构图。
14.图2是图1中工作台面的立体结构图。
具体实施方式
15.下面结合具体实施例及附图来进一步详细说明本实用新型。
16.本方案采用如下一体式图像采集装置来实现拍摄，如图1、图2所示：
17.该一体式图像采集装置包括架体1及设于架体1上的驱动箱3、工作台面4，工作台面4上设置有可分别纵向移动定位及绕自身中轴线分度旋转的载物台12，用于置放试验样品，载物台12上方横向定位有横向步进机构15，横向步进机构15上横向滑动定位有竖向步进机构16，竖向步进机构16上定位有基座17，基座17通过旋转轴步进机构18定位有标准采集设备19及光源，标准采集设备19对载物台12上的试验样品进行拍摄。
18.架体1采用柜式结构，底部设置一体脚轮2，便于整个装置的转移，提升便利性，顶部设置三色警示灯。工作台面4的侧向四周及上方通过深茶色亚克力板合围成密闭工作空间5，载物台12、标准采集设备19及光源均处于密闭工作空间5内，为了便于操作，密闭工作空间5上设置有自动升降门或/和检修门。
19.工作台面4上定位有纵向步进机构11，纵向步进机构11上纵向滑动定位有分度盘13，载物台12设于分度盘13上。
20.该装置中的纵向步进机构11、横向步进机构15、竖向步进机构16、旋转轴步进机构18均可通过现有诸如滑轨滑块、丝杠丝杆等机构来实现，在此不进行多余赘述。
21.具体地标准化图像采集方法，其包括如下步骤：
22.s1、将试验样品置放于标准光照环境内，待标准光照环境内的光谱稳定后采用标准采集设备对试验样品进行拍照；
23.s2、标准采集设备调整视场和对焦；
24.s3、标准采集设备由试验样品正上方进行拍摄，保存图像照片并作为基准图像；
25.s4、标准采集设备拍摄视角旋转α角度，试验样品在设定位置按设定b转速进行水平匀速分度旋转，至少旋转一周，标准采集设备以c频率进行拍摄，分别保存标准采集设备拍摄的图像照片；
26.s5、在试验样品上设定一参考点/线，以该参考点/线在每张图像照片中的位置作为定位基准，根据该定位基准分别识别试验样品上每个特征在每张图像照片上的显现特征；
27.s6、将试验样品每个特征在步骤s4的图像照片中的显现特征与在基准图像中的显现特征比对，将步骤s4图像照片中显现特征的多余特征进行分割，并将分割下来的特征合成至基准图像中所对应的显现特征中形成新的基准图像，
28.再将试验样品该特征在步骤s4的其它图像照片中的显现特征与在新的基准图像中的显现特征比对，同样将步骤s4其它图像照片中显现特征的多余特征进行分割，并将分割下来的特征合成至新的基准图像中所对应的显现特征中，以此重复，直至试验样品每个特征在步骤s4中所有图像照片的显现特征的多余特征均合成于基准图像中后，所形成的基准图像为试验样品的标准化采集图像。
29.具体地，本方案将采用两个系统来实现，其一为标准化图像采集装置，其二为标准化图像处理系统，具有图像数据的采集、存储、传输和预处理等功能。
30.对于图像处理系统，由软件来实现，包括plc控制程序、相机控制程序和图像处理程序；而标准化图像采集装置包括搭建标准图像采集环境、采集设备标准化、采集操作标准化等。
31.首先，搭建标准光照环境，选用d65标准光源(artificial daylight 6500k)，模拟明亮的蓝天及阳光下平均自然日光来代替自然光。装置工作台面以上部分使用深茶色亚克力板罩住，隔绝外部光线对于拍照环境的影响。所选d65标准光源的各项指标需满足cie国际照明委员会及cy3
‑
91标准有关色评价与配色比色照明规定，可在全天候环境下使用。所搭建的光照环境满足以下要求：
32.①
色温＝6500k
±
200k；
33.②
光谱稳定，显色指数>96％；
34.③
照度均匀度≥80％；
35.④
光源显示使用时间，到达使用寿命后及时更换。
36.其次，采集设备标准化，本方案统一使用2000万像素的工业面阵相机，对400mm
×
300mm的标准视场进行拍照，图像分辨率优于0.1mm。
37.第三，采集操作标准化，制订标准化操作流程，实现半自动化，避免人为不确定因素，只需要人工完成样品摆放和取走的动作，其余操作均由定义好的程序完成。
38.第四，图像处理标准化。对于相机拍摄到的多张图像照片，进行自动选取合成。并通过软件处理程序，对可能存在的阴影、反光进行自动消除。最终输出标准图像，可确保样品的特征真实、完整。
39.图像处理上，首先将拍摄的各类图像照片传输到工作站进行智能处理，包括消除反光、阴影、选取、合成，最终输出标准图像，并存储到指定位置，未处理的原始图像存储到另一位置，便于操作人员随时查看。
40.以试验样品为例，试验样品在经过环境试验后，出现裂痕、凹坑、腐蚀产物等特征，试验人员对试样进行拍照时，由于拍照角度差异，可能使图像照片呈现不同的损伤特征，导致损伤评级出现显著差异。试验证明，对同一组样品，正上方拍照和斜上方拍照差异明显，腐蚀评级会差距2～3级。本方案通过装置机构从设定好的多个角度进行拍照，并将多张照片进行图像合成，从而使得采集图像信息全面，可以准确反应实际损伤情况，排除拍照误差引起的特征丢失情况。
41.使用时，标准采集设备19采用工业面阵相机，相机镜头中心位于载物台12中心正上方，相机位于竖直移动轨道最下方为初始位置。此时，相机和载物台位于x轴和y轴原点位置，载物台平面为z轴原点。水平向右为x轴正方向，正前方为y轴正方向，竖直向上为z轴正方向。
42.如试验样品为典型平板试样：
43.平板试样尺寸：50mm
×
100mm
×
5mm，4件平板试样为1组进行拍照，样品区域面积为200mm
×
100mm，该区域中心为载物台中心。
44.拍照参数(单位/mm)：
45.1、相机移动至x，y，z＝(0，0，150)，正上方拍照；
46.2、相机视觉旋转轴旋转5
°
，载物台移动至(0，
‑
2，150)，分度盘旋转速度(3～5)秒/转，拍照频率(0.5～1)秒/张。
47.3、载物台旋转1周后，恢复初始位置。
48.如试验样品为典型异构件：
49.典型异构件尺寸：φ50mm
×
150mm，放置于载物台中心位置。
50.拍照参数(单位/mm)：
51.1、相机移动至x，y，z＝(0，0，300)，正上方拍照；
52.2、相机视觉旋转轴旋转5
°
，载物台移动至(0，
‑
4，300)，分度盘旋转速度(4～6)秒/转，拍照频率(0.5～1)秒/张。
53.3、载物台旋转1～2周后，恢复初始位置。
54.通过控制相机从任意角度对试验样品进行拍摄，采集得到多视角的图像照片，针对细微形貌特征的有效采集，如不明显的划痕、微小腐蚀点等，采集信息全面，有利于对环境试验样品的分析。将拍摄的各类图像照片进行智能化处理，重点合成阶段：
55.首先，选取定位基准，比如平板样品的任意一角，或者任意一边作为基准，即可识别及定位平板样品上各特征在每张图像照片中的显现特征，通过试验表明，试验样品各特征在每张图像照片中的显现特征均不一致。
56.其次，当识别并确定试验样品上各特征在各图像照片中的显现特征后，将将试验样品每个特征在图像照片中的显现特征与在基准图像中的显现特征比对，将图像照片中显现特征的多余特征进行分割，并将分割下来的特征合成至基准图像中所对应的显现特征中形成新的基准图像，
57.再将试验样品该特征在其它图像照片中的显现特征与在新的基准图像中的显现特征比对，同样将其它图像照片中显现特征的多余特征进行分割，并将分割下来的特征合成至新的基准图像中所对应的显现特征中，以此重复，直至试验样品每个特征在所有图像照片的显现特征的多余特征均合成于基准图像中后，所形成的基准图像为试验样品的标准化采集图像，输出的二维合成图像可以反应出多个角度拍照采集到的全部损伤特征。
58.以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。