图像扫描系统和扫描方法与流程

1.本发明涉及传感设备技术领域，具体而言，涉及一种图像扫描系统和扫描方法。


背景技术：

2.目前的工业检测用图像扫描系统主要由以下部分组成，由光源、透镜、工业摄像机、图像采集卡、上位机组成，光源发出的光照射到被检测物上，被检测物上产生的反射光或者透过被检测物的透射光通过透镜进入工业摄像机内，工业摄像机将接收到的光信号转换成电信号，并通过模数转换将连续模拟电信号转换成离散数字信号，经过数字处理通过特定的接口，经由电缆将图像信号传送给图像采集卡，采集卡对接收到的图像信号进行缓存和图像预处理后，上传至上位机，由上位机进行图像处理及判别结果输出。
3.在实际扫描应用中，对于被检测物的瑕疵点需要用不同光线下进行不同角度、不同方向、不同曝光亮度的打光方式，充分提取出不良品的瑕疵特征，让成像更加清晰，更加明显。但使用现有的工业检测用图像扫描系统进行多角度或者多光源扫描时，每个角度或者每个光源都分别配置一台工业摄像机，每个工业摄像机将采集到的图像信号传送给各自相连的图像采集卡，所有图像采集卡采集到的图像上传至上位机，由上位机进行图像处理及判别结果输出。而这种多个透镜和多个工业摄像机的结构成本高、体积大。
4.也就是说，现有技术中图像扫描系统存在体积大的问题。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种图像扫描系统和扫描方法，以解决现有技术中图像扫描系统存在体积大的问题。
6.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种图像扫描系统，包括：多个光源组件，多个光源组件与被扫描物之间的角度不同；传感器，多个光源组件均与传感器电连接，传感器控制多个光源组件的发光过程；图像采集结构，图像采集结构与传感器电连接，图像采集结构用于接收传感器传出的信号；上位机，上位机与图像采集结构电连接，上位机用于接收图像采集结构传出的信号，并对各个光源组件扫描的图像进行显示。
7.进一步地，多个光源组件中至少两个光源组件位于被扫描物的两侧。
8.进一步地，位于被扫描物靠近传感器一侧的光源组件的照射方向相对于被扫描物倾斜设置；位于被扫描物远离传感器一侧的光源组件的照射方向与被扫描物垂直。
9.进一步地，传感器位于被扫描物的一侧，传感器包括：框体，框体具有容纳空间和与容纳空间连通的进光口；透镜，透镜设置在框体内，透镜的物侧面朝向进光口以接受光源组件扫描被扫描物后的信息光。
10.进一步地，传感器还包括：电源模块；光电转换模块，光电转换模块与电源模块电连接，光电转换模块位于透镜的像侧，并将经透镜射出的信息光转换成电信号；信号处理模块，信号处理模块与电源模块电连接，用于接收电信号并将各个光源组件对应的电信号区分开传输给图像采集结构。
11.进一步地，光电转换模块设置在电源模块上。
12.进一步地，信号处理模块包括：数字处理单元，数字处理单元用于接收电信号并将电信号转换成离散信号，并对各个光源组件的离散信号进行标定；接口，各个光源组件的离散信号分别通过不同的接口传输给图像采集结构。
13.进一步地，传感器还包括光源控制单元，光源控制单元与光源组件电连接，光源控制单元控制各个光源组件的发光时间，以使得多个光源组件实现分时发光。
14.进一步地，图像扫描系统还包括驱动组件，驱动组件与光源组件驱动连接，且与光源控制单元电连接，光源控制单元控制驱动组件的驱动位置和驱动功率，以调整各个光源组件的位置和照射被扫描物的角度。
15.根据本发明的另一方面，提供了一种扫描方法，上述的图像扫描系统采用扫描方法扫描，扫描方法包括：步骤s10：获取图像扫描系统的光源控制单元，光源控制单元控制图像扫描系统的多个光源组件分时段发光以在扫描周期内依次交替点亮照射被扫描物；步骤s20：获取图像扫描系统的光电转换模块，光电转换模块接收被扫描物透射或反射的分时段的信息光，并将信息光转换成电信号；步骤s30：获取图像扫描系统的数字处理单元，数字处理单元接收电信号并将电信号转换成离散信号，并对不同光源组件的离散信号进行标记，将被标记的离散信号传输给图像扫描系统的图像采集结构；步骤s40：获取图像扫描系统的上位机，上位机接收图像采集结构传输来的被标记的离散信号，并将相同具有标记的离散信号合成为扫描图像，以形成各个光源组件的扫描图像。
16.应用本发明的技术方案，图像扫描系统包括传感器、图像采集结构、上位机和多个光源组件，多个光源组件与被扫描物之间的角度不同；多个光源组件均与传感器电连接，传感器控制多个光源组件的发光过程；图像采集结构与传感器电连接，图像采集结构用于接收传感器传出的信号；上位机与图像采集结构电连接，上位机用于接收图像采集结构传出的信号，并对各个光源组件扫描的图像进行显示。
17.通过将多个光源组件与被扫描物之间的角度设置成不同，能够实现被扫描物的瑕疵点在不同光线下进行不同角度、不同方向、不同曝光亮度的多种情况下的扫描，以充分提取不良品的瑕疵特征，让成像更加清晰，更加明显。而多个光源组件均与传感器电连接，能够实现一个传感器能够采集多个光源组件照射下的扫描信息，大大减少了图像扫描系统的体积，节约了图像扫描系统的制作成本。在本技术中一个传感器对应多个光源组件，且图像采集结构、上位机与传感器一一对应设置，有效减少了图像扫描系统的体积。
附图说明
18.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
19.图1示出了本发明的一个可选实施例的图像扫描系统的结构示意图；
20.图2示出了图1中传感器的结构示意图；
21.图3示出了图1中传感器对多个光源组件进行分时控制、图像模拟信号生成及数字处理单元对采集到的各光源组件的数据进行数字处理的示意图；
22.图4示出了图1中上位机内图像处理单元对带有数据标志的多个光源组件的图像数字信号进行分解合成的示意图；
23.图5示出了本发明的扫描方法的流程图。
24.其中，上述附图包括以下附图标记：
25.11、第一个光源组件；12、第二个光源组件；13、第三个光源组件；20、被扫描物；30、传感器；31、框体；32、透镜；33、电源模块；34、光电转换模块；35、信号处理模块；351、数字处理单元；352、接口；36、光源控制单元；40、图像采集结构；50、上位机；51、图像处理单元；60、电缆。
具体实施方式
26.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
27.需要指出的是，除非另有指明，本技术使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
28.在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
29.为了解决现有技术中图像扫描系统存在体积大的问题，本发明提供了一种图像扫描系统和扫描方法。
30.如图1至图5所示，图像扫描系统包括传感器30、图像采集结构40、上位机50和多个光源组件，多个光源组件与被扫描物20之间的角度不同；多个光源组件均与传感器30电连接，传感器30控制多个光源组件的发光过程；图像采集结构40与传感器30电连接，图像采集结构40用于接收传感器30传出的信号；上位机50与图像采集结构40电连接，上位机50用于接收图像采集结构40传出的信号，并对各个光源组件扫描的图像进行显示。
31.通过将多个光源组件与被扫描物20之间的角度设置成不同，能够实现被扫描物20的瑕疵点在不同光线下进行不同角度、不同方向、不同曝光亮度的多种情况下的扫描，以充分提取不良品的瑕疵特征，让成像更加清晰，更加明显。而多个光源组件均与传感器30电连接，能够实现一个传感器30能够采集多个光源组件照射下的扫描信息，大大减少了图像扫描系统的体积，节约了图像扫描系统的制作成本。在本技术中一个传感器30对应多个光源组件，且图像采集结构40、上位机50与传感器30一一对应设置，有效减少了图像扫描系统的体积。
32.需要说明的是，通过传感器30对光源组件的分时控制，以使得多个光源组件在不同的时间发光，以在不同的时间对被扫描物20进行照射，以使得传感器30在采集扫描信息时采集的都是单个光源组件照射下的扫描信息，以便于图像扫描系统完成扫描后图像采集结构40、上位机50生成各个光源组件单独照射下的扫描图像，以便于清楚的提取不良品的瑕疵特征，保证多角度成像。
33.如图1所示，多个光源组件中至少两个光源组件位于被扫描物20的两侧。通过将多个光源组件中的至少两个分别设置在被扫描物20的两侧，使得传感器30能够采集到被扫描物20的透射光作为扫描信息，也可以采集到被扫描物20的反射光作为扫描信息，大大增加了扫描信息的多样性。
34.在图1所示的具体实施例中，位于传感器30与被扫描物20之间的光源组件在照射到被扫描物20上后，被扫描物20将光线反射到传感器30中，而此时传感器30采集到的是被扫描物20的反射光。位于被扫描物20远离传感器30的一侧的光源组件在照射到被扫描物20上后，被扫描物20将光线投射到传感器中，而此时传感器30采集到的是被扫描物20的透射光。这样就能够对被扫描物20进行多角度分析。
35.如图1所示，位于被扫描物20靠近传感器30一侧的光源组件的照射方向相对于被扫描物20倾斜设置。若位于被扫描物20靠近传感器30一侧的光源组件的照射方向相对于被扫描物20垂直的话，被反射的光比较少，采集的信息不完全。而采用倾斜设置使得一部分光能够被扫描物20反射，然后被反射的光会进入到传感器30中，能够保证采集的信息比较完整。
36.如图1所示，位于被扫描物20远离传感器30一侧的光源组件的照射方向与被扫描物20垂直。由于位于被扫描物20远离传感器30一侧的光源组件被传感器30采集的是透射光，而将位于被扫描物20远离传感器30一侧的光源组件的照射方向与被扫描物20设置呈垂直的，能够保证最大效率的透射光，而同时位于被扫描物20远离传感器30一侧的光源组件与传感器30正对设置，以保证透射光直接射入到传感器30中，保证了传感器30接收信息的完整性。
37.由于位于被扫描物20远离传感器30一侧的光源组件不会遮挡传感器30接收光线，所以将位于被扫描物20远离传感器30一侧的光源组件的照射方向与被扫描物20垂直，不会对传感器30产生影响。
38.如图1和图2所示，传感器30位于被扫描物20的一侧，传感器30包括框体31和透镜32，框体31具有容纳空间和与容纳空间连通的进光口；透镜32设置在框体31内，透镜32的物侧面朝向进光口以接受光源组件扫描被扫描物20后的信息光。框体31的设置能够为透镜32提供支撑，保证透镜32能够稳定容置在框体31内。而透镜32的设置能够将扫描的图像进行传输，同时将图像成像到后续的结构上。
39.如图2所示，传感器30还包括电源模块33、光电转换模块34和信号处理模块35，光电转换模块34与电源模块33电连接，光电转换模块34位于透镜32的像侧，并将经透镜32射出的信息光转换成电信号；信号处理模块35与电源模块33电连接，用于接收电信号并将各个光源组件对应的电信号区分开传输给图像采集结构40。电源模块33为光电转换模块34、信号处理模块35供电，以保证光电转换模块34、信号处理模块35稳定工作。而光电转换模块34能够将透镜32射出的光接收，并将光信号转换成连续的电信号。信号处理模块35将属于同一光源组件发出的光进行标定，然后将标定的信号传出给图像采集结构40，图像采集结构40将信号传输给上位机50，上位机50对具有相同标记的信号进行合成，形成对应的光源组件照射下的扫描信息。
40.具体的，光电转换模块34设置在电源模块33上。电源模块33是电路板，将光电转换模块34设置在电源模块33上，能够保证光电转换模块34位置的稳定性，同时保证电源模块33稳定为光电转换模块34供电。
41.数字处理单元351、接口352、光源控制单元36设置在电路板上。
42.如图2所示，信号处理模块35包括数字处理单元351和接口352，数字处理单元351用于接收电信号并将电信号转换成离散信号，并对各个光源组件的离散信号进行标定；各
个光源组件的离散信号分别通过不同的接口352传输给图像采集结构40。数字处理单元351能够将光电转换模块34生成的连续的电信号转换成离散信号，同时对离散信号进行标定，对于同一光源组件的离散信号标定同一标记，而不同光源组件的离散信号标定不同的标记。
43.如图2所示，传感器30还包括光源控制单元36，光源控制单元36与光源组件电连接，光源控制单元36控制各个光源组件的发光时间，以使得多个光源组件实现分时发光。光源控制单元36的设置能够光源组件实现控制，以控制各个光源组件的发光时间，以使得多个光源组件顺次发光，实现分时控制，而通过对光源组件发光的分时控制，可以对各个离散信号进行标定，以区分各个光源组件对应的信号。
44.可选地，图像扫描系统还包括驱动组件，驱动组件与光源组件驱动连接，且与光源控制单元36电连接，光源控制单元36控制驱动组件的驱动位置和驱动功率，以调整各个光源组件的位置和照射被扫描物20的角度。驱动组件与光源组件连接，以驱动光源组件运动，进而改变光源组件的位置和照射角度。而光源控制单元36与驱动组件电连接，以控制驱动组件的驱动功率和工作时间，进而调整各个光源组件的位置和照射被扫描物20的角度。
45.上述的图像扫描系统采用扫描方法扫描，如图5所示，扫描方法包括：步骤s10：获取图像扫描系统的光源控制单元36，光源控制单元36控制图像扫描系统的多个光源组件分时段发光以在扫描周期内依次交替点亮照射被扫描物20；步骤s20：获取图像扫描系统的光电转换模块34，光电转换模块34接收被扫描物20透射或反射的分时段的信息光，并将信息光转换成电信号；步骤s30：获取图像扫描系统的数字处理单元351，数字处理单元351接收电信号并将电信号转换成离散信号，并对不同光源组件的离散信号进行标记，将被标记的离散信号传输给图像扫描系统的图像采集结构40；步骤s40：获取图像扫描系统的上位机50，上位机50接收图像采集结构40传输来的被标记的离散信号，并将相同具有标记的离散信号合成为扫描图像，以形成各个光源组件的扫描图像。
46.在图1所示的具体实施例中，光源组件为三个、一个传感器30、一个电缆60、一个图像采集结构40和一个上位机50组成。光源控制单元36与多个光源组件电气相连，控制多个光源组件呈不同角度、不同方向对被扫描物20进行分时打光，不同角度不同方向的光经过被扫描物20反射和透射后，分时进入到传感器30，经过透镜32后，传感器30内的光电转换模块34将接收到的不同光源组件的光信号分时转换成模拟电信号。传感器30的数字处理单元351通过模数转换将连续模拟电信号转换成离散数字信号，并对不同光源组件的数字信号进行标定，追加数据标志。经过数字处理单元351进行标定后的每种光源组件的图像数字信号通过特定的接口352，经由电缆70传送给图像采集结构40。图像采集结构40对接收到的图像数字信号进行缓存和图像预处理后，上传至上位机50，由上位机50内图像处理单元51对带有数据标志的各种光源数据进行分解合成后，再进行结果判别输出。
47.对本技术进行详细说明，传感器30的光源控制单元36对多个光源组件如图3所示进行分时控制。为了简化说明，仅截取行扫描周期line pulse中的两个行扫描周期t1、t2、t3(第一个扫描周期)t4、t5、t6(第二个扫描周期)进行说明。第一个光源组件11的分时控制脉冲为211_led_on，第二个光源组件12的分时控制脉冲为212_led_on，第三个光源组件13的分时控制脉冲为213_led_on，分时控制脉冲211_led_on、212_led_on、213_led_on分时控制光源组件在行周期t1、t2、t3、t4、t5、t6内依次交替点亮，第一个光源组件11在t1行周期
内的点亮时间为t1，在t4行周期内的点亮时间为t4；第二个光源组件12在t2行周期内的点亮时间为t2，在t5行周期内的点亮时间为t5；第三个光源组件13在t3行周期内的点亮时间为t3，在t6行周期内的点亮时间为t6；如图1所示第一个光源组件11和第二个光源组件12呈不同角度对被检测物进行正面反射打光，第三个光源组件13对被检测物进行对面透射打光。从而实现了对被扫描物20用不同光线进行不同角度、不同方向、不同曝光亮度的打光方式。
48.多个光源组件依次照射到被检测物后的产生的图像光信号，如图3所示由光电转换芯片2312依次转换成图像模拟信号211_a、212_a、213_a。第一个光源组件11在t1时间内的光信号转换成图像模拟信号a1，第二个光源组件12在t2时间内的光信号转换成图像模拟信号a2，第三个光源组件13在t3时间内的光信号转换成图像模拟信号a3，第一个光源组件11在t4时间内的光信号转换成图像模拟信号a4，第二个光源组件12在t5时间内的光信号转换成图像模拟信号a5，第三个光源组件13在t6时间内的光信号转换成图像模拟信号a6，如此实现了多个光源组件的光信号分时转换成了图像模拟信号。
49.如图3所示传感器30的数字处理单元351对各光源组件的图像模拟信号211_a、212_a、213_a进行模数转换，将连续模拟电信号转换成离散数字信号，并对不同光源组件的数字信号进行标定，追加数据标志，生成数字信号211_d、212_d、213_d。对第一个光源组件11的图像数字信号追加数据标志1，对第二个光源组件12的图像数字信号追加数据标志2，对第三个光源组件13的图像数字信号追加数据标志3。第一个光源组件11在t1和t4照亮时间内产生的图像数字信号分别为d1和d4，d1和d4的第一位数据标志都为1。第二个光源组件12在t2和t5照亮时间内产生的图像数字信号分别为d2和d5，d2和d5的第一位数据标志都为2。第三个光源组件13在t3和t6照亮时间内产生的图像数字信号分别为d3和d6，d3和d6的第一位数据标志都为3。传感器30将数字处理单元351生成的多光源组件图像数字信号211_d、212_d、213_d通过接口352，经由电缆70传送给图像采集结构40。电缆70和图像采集结构40的数量分别为1个。
50.图像采集结构40将接收到的多光源组件图像数字信号211_d、212_d、213_d，进行缓存和图像预处理后，上传至上位机50，由上位机50内图像处理单元51按照图4所示对带有数据标志的各种光源组件数据进行分解合成。第一个光源组件11的图像数字数据211_d中的d1、d4
……
dn的数据标志都为1，第二个光源组件12的图像数字数据212_d中的d2、d5
……
dn 1的数据标志都为2，第三个光源组件13的图像数字数据213_d中的d3、d6
……
dn 2的数据标志都为3，由上位机50将带有数据标志1的数据合成1幅图像为第一个光源组件11的图像；将带有数据标志2的数据合成1幅图像为第二个光源组件12的图像；将带有数据标志3的数据合成1幅图像为第三个光源组件13的图像。上位机对各光源组件生成的整幅图像数据进行分别判别和结果显示，从而完成了本实施例中一种工业检测用图像扫描系统对被检测物用不同光线进行不同角度、不同方向、不同曝光亮度打光方式的图像扫描与判别。
51.本发明克服了现有工业检测用图像扫描系统进行多个角度和多种光源组件扫描时，需要配置多个工业摄像机、多个透镜和多个图像采集卡及多个上位机的问题，降低工业检测用的图像扫描系统的成本和体积，拓广工业检测用的图像扫描系统的使用领域。
52.需要说明的是，上述的传感器30为接触式图像传感器。
53.本发明只解决工业检测用图像扫描系统进行多种光源扫描时需要多个工业相机、
多个透镜和多个图像采集卡及多个上位机的问题，对于因为被检测物扫描长度增加和扫描分辨率提高而引起的接口数量、采集卡数量和上位机数量增加问题，不在本发明的解决范围之内。
54.显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
55.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
56.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
57.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。