CN109932367A - 一种曲面雕刻图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曲面雕刻图像采集装置，其包括光源和至少一个摄像机，所述光源通过位置调节装置设置在摄像机的下方，所述位置调节装置包括高度调节装置和水平调节装置，所述光源通过高度调节装置实现垂直方向的移动，所述光源通过水平调节装置可围绕被测物体旋转一周，所述位置调节装置和摄像机均电连接至电控系统。本发明通过高度调节装置调控光源与被测物体间的距离，且通过水平调节装置能使光源能环绕照射被测物体；电控系统通过摄像机采集到在光源照射下的被测物体的图像，并在收集后处理该图像。本发明通过改变光源的位置使被测物体表面的雕刻能被更多角度地观察，从而有利于机器深度学习所需的样本的收集。

Description

一种曲面雕刻图像采集装置

技术领域

本发明涉及图像采集技术领域中的一种图像采集装置，特别是一种曲面雕刻图像采集装置。

背景技术

雕刻文字通常出现在机械制造领域中的金属工件上和食品化工领域中的用于流体过滤的石膏管上。这些雕刻文字一般标识了不同工件具有的规格、属性等，不同的工序使用的工件不尽相同，识别这些文字意义重大。由于雕刻的文字或者锻压出来的机械文字和背景是拥有着一样的颜色，在对其字符识别的存在一定难度。现在主要检测这种字符的方法主要是利用普通光照基于阈值分割、区域生长、边缘检测和局部统计和BP神经网络。

其中利用神经网络进行深度学习，通过训练能够有效识别雕刻文字的，达到传统方法达不到的优良效果。但是深度学习的方法是通过大量的样本数据训练出来，为了保证训练效果的准确性，需要对不同位置，不同光强，不同入射光线的角度，不同光源位置的图像都要进行训练，少则一万多张，多则十几万甚至几十万张的图片样本数据。如果使用传统的人工采集方法，这将会是一个很大的工作量，效率低下，浪费人力物力，且主观判断光线角度和位置与设计存在一定的差异。

其次，被测物体表面是曲面，曲面上的文字凹凸不一，采用传统方法采集图像，一般使用低角度光源，采集效果欠佳，主要表现为被测物体原本是曲面，曲面上的雕刻文字表面形状不一，多为不规则曲面，大小、形状、深浅各不相同，这些因素使得采集的图像光线不均匀，明暗不一。因为表面为曲面，背对光源的那一部分曲面接受不到光线或者光线不足，直接表现问部分文字区域发生遮挡或者偏暗，难以识别。

此外，雕刻文字，文字与背景颜色一致，若采用高角度光源或者光照过亮，会造成强烈反射导致文字区域的反射和背景区域的反射条件几乎趋于一致，某些阴影信息缺失，难以分辨文字和背景，从而采集到的文字产生缺陷，难以识别。

目前，采集图像的装置一般都是定时打光拍照采集图像，采集单幅图像，图像中被测物体的位置一般是固定或者位置相近。一般图像检测环境和对象相对比较特定，而且为了降低外在干扰因素，光源位置和强度就是固定的。不能满足不同位置，不同光强，不同入射光线的角度，不同光源位置都需要改变的采集要求。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种曲面雕刻图像采集装置，其光源能变换至不同的位置以配合被测物体的图像采集需求。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一种曲面雕刻图像采集装置，其包括光源和至少一个摄像机，所述光源通过位置调节装置设置在摄像机的下方，所述位置调节装置包括高度调节装置和水平调节装置，所述光源通过高度调节装置实现垂直方向的移动，所述光源通过水平调节装置可围绕被测物体旋转一周，所述位置调节装置和摄像机均电连接至电控系统。

作为上述技术方案的进一步改进，所述摄像机的数量为两个，两个摄像机位于水平调节装置的旋转中心轴的两侧。

作为上述技术方案的进一步改进，所述高度调节装置包括支架和可在支架上垂直移动的移动块，所述光源通过水平调节装置安装在移动块上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述水平调节装置包括圆环形吊架，所述圆环形吊架的内侧设有导轨，所述光源通过滑动件在导轨上移动。

作为上述技术方案的进一步改进，所述圆环形吊架通过支撑座安装在移动块上，所述支撑座承托圆环形吊架，所述支撑座的内侧与圆环形吊架的内侧相切。

作为上述技术方案的进一步改进，所述位置调节装置还包括角度调节装置，所述光源通过角度调节装置安装在滑动件上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述角度调节装置包括第一支柱和第二支柱，所述第一支柱的第一端固定在滑动件上，所述第一支柱的第二端铰接在光源上，所述第二支柱的第一端可沿第一支柱移动，所述第二支柱的第二端铰接在光源上。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括用于放置被测物体的转盘，所述转盘的顶面上设有用于固定被测物体的固定装置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述电控系统包括上位机、下位机、光强控制器和多个伺服电机，所述高度调节装置、水平调节装置、角度调节装置和转盘分别电连接至相应的伺服电机，所述光源电连接至光强控制器，所述光强控制器及各伺服电机均与下位机电连接，所述摄像机与上位机电连接，所述上位机与下位机电连接。

本发明的有益效果是：本发明通过高度调节装置调控光源与被测物体间的距离，且通过水平调节装置能使光源能环绕照射被测物体；电控系统通过摄像机采集到在光源照射下的被测物体的图像，并在收集后处理该图像。本发明通过改变光源的位置使被测物体表面的雕刻能被更多角度地观察，从而有利于机器深度学习所需的样本的收集。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。

参照图1，一种曲面雕刻图像采集装置，其包括光源1和至少一个摄像机2，所述光源1通过位置调节装置设置在摄像机2的下方，所述位置调节装置包括高度调节装置3和水平调节装置4，所述光源1通过高度调节装置3实现垂直方向的移动，所述光源1通过水平调节装置4可围绕被测物体7旋转一周，所述位置调节装置和摄像机2均电连接至电控系统。电控系统通过位置调节装置实现对光源1位置的控制，从而改变光源1与被测物体7的垂直距离及被测物体7的被照射面。优选地，被测物体7放置在水平调节装置4的旋转中心的正下方，则当光源1通过水平调节装置4围绕被测物体7进行旋转时，只有光源1与被测物体7的相对面产生变化，而光源1与被测物体7的距离不变。在光源1与被测物体7的相对位置及距离变化时，摄像机2对被测物体7进行拍摄，从而更全面地采集到被测物体7表面上的雕刻文字或图案信息。

进一步作为优选的实施方式，所述摄像机2的数量为两个，两个摄像机2位于水平调节装置4的旋转中心轴的两侧。两个摄像机2共同组成双目立体视觉系统，通过两个摄像机2同时获取被测物体7在不同光照条件下的两幅图像，再经过电控系统的处理后，从而获得被测物体7的三维几何信息。

进一步作为优选的实施方式，所述高度调节装置3包括支架31和可在支架31上垂直移动的移动块32，所述光源1通过水平调节装置4安装在移动块32上。

进一步作为优选的实施方式，所述水平调节装置包括圆环形吊架41，所述圆环形吊架41的内侧设有导轨，所述光源1通过滑动件在导轨上移动。所述圆环形吊架41通过支撑座42安装在移动块32上，所述支撑座42承托圆环形吊架41，所述支撑座42的内侧与圆环形吊架41的内侧相切。优选地，支撑座42为凵型，支撑座42的外侧设有栏条，栏条固定圆环形吊架41在支撑座42上，放置圆环形吊架41掉落。由于支撑座42的内侧与圆环形吊架41的内侧相切，因此支撑座42不影响滑动件在导轨上的移动。

进一步作为优选的实施方式，所述位置调节装置还包括角度调节装置5，所述光源1通过角度调节装置5安装在滑动件上。由于被测物体7上的雕刻文字凹陷的深度很浅，因此当光源1正对被测物体7，即光源1的方向与被测物体7表面垂直时，大部分光线都是垂直反射，这样的话摄像头2难以采集到阴影和纹理信息，因此，光源1的方向需要与被测物体7保持一定的倾斜角，这样凹陷处则会发生局部遮挡从而产生局部阴影，使得纹理信息变得明显。倾斜角度视雕刻深度而定，一般来说，凹陷越浅，光源方向角度越小。因此对应不同被测物体7的不同雕刻深度，需对光源1的照射角度进行调整。

进一步作为优选的实施方式，所述角度调节装置5包括第一支柱51和第二支柱52，所述第一支柱51的第一端固定在滑动件上，所述第一支柱51的第二端铰接在光源1上，所述第二支柱52的第一端可沿第一支柱51移动，所述第二支柱52的第二端铰接在光源1上。通过移动第二支柱52的第一端，可改变光源1所呈的照射角度。具体地，当第二支柱52的第一端向上移动时，光源1与被测物体7的入射角变大；反之，当第二支柱52的第一端向下移动时，光源1与被测物体7的入射角变小。

进一步作为优选的实施方式，还包括用于放置被测物体7的转盘6，所述转盘6的顶面上设有用于固定被测物体7的固定装置。转盘6转动时，摄像机2可采集到转盘6上的被测物体7的不同方位的图像，以使电控系统可收集被测物体7更全面的几何信息。固定装置可以为卡爪。

进一步作为优选的实施方式，所述电控系统包括上位机、下位机、光强控制器和多个伺服电机，所述高度调节装置3、水平调节装置4、角度调节装置5和转盘6分别电连接至相应的伺服电机，所述光源1电连接至光强控制器，所述光强控制器及各伺服电机均与下位机电连接，所述摄像机2与上位机电连接，所述上位机与下位机电连接。被测物体7在转盘6上通过固定装置固定好后，驱动转盘6的伺服电机与下位机点连接，使转盘6能实现自动匀速旋转，或停留在指定的角度位置。光源1分别通过高度调节装置3调节高度，通过水平调节装置4及角度调节装置5来调节光源1的角度和位置。由于高度调节装置3、水平调节装置4和角度调节装置5的相应的伺服电机均受下位机的控制，因此光源1能被调节到特定的位置或角度，并按一定的速度自动循环运行，如不停转圈或来回运动。当下位机收到上位机调节光强的信号时，下位机将该信号传输到光强控制器，从而调节光源1的光强。两个摄像机2均与上位机连接，因此能同时并定时自动采集图像，然后将采集到的图像交于上位机处理。

本发明采集图像的实现可根据需要分为特定采集和自动采集。特定采集即设置好转盘6和光源1等即可采集图像，即是单次采集。自动采集是根据转盘6的旋转角度、光源1的高度、角度和方位等变量顺序采集，采用控制变量法控制其中的任两个变量进行采集，这两个变量称为主变量和副变量。

以下以转盘6的旋转周期为主变量，光源1的倾斜角度为副变量为例，本发明的工作流程为：

(1)电控系统对系统参数进行初始化，包括转盘6和光源1的初始角度、高度、伺服电机每次旋转角度、旋转速度、旋转方向等参数，启动下位机和摄像机2。

(2)设置主变量为转盘6的转动周期，副变量为光源1的倾斜角度，以及副变量每次变化的单位角度，合理设置其他无关变量的参数。

(3)转盘6旋转，摄像机2拍照，将图片交于上位机处理.

(4)转盘6每转动一个周期，副变量光源1的倾斜角度增加或减少一个单位。

(5)重复步骤(3)直到副变量光源1的倾斜角度超过设定范围。

另外，亦可根据不同需要，使多个变量一起变化。根据需要设定的单位度，将所有变量分为触发变量和被触发变量。当主变量运动一个周期，副变量受到触发变化一个单位度，那么主变量即是触发变量，副变量被触发变量。被触发变量可以有多个，例如，转盘6转动一周，可以触发光源1的入射角度变化15度，水平位置角度旋转30度，光强增加10个单位，然后转盘6继续匀速转动，摄像机2拍照。

以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种曲面雕刻图像采集装置，其特征在于：包括光源(1)和至少一个摄像机(2)，所述光源(1)通过位置调节装置设置在摄像机(2)的下方，所述位置调节装置包括高度调节装置(3)和水平调节装置(4)，所述光源(1)通过高度调节装置(3)实现垂直方向的移动，所述光源(1)通过水平调节装置(4)可围绕被测物体(7)旋转一周，所述位置调节装置和摄像机(2)均电连接至电控系统。

2.根据权利要求1所述的曲面雕刻图像采集装置，其特征在于：所述摄像机(2)的数量为两个，两个摄像机(2)位于水平调节装置(4)的旋转中心轴的两侧。

3.根据权利要求1所述的曲面雕刻图像采集装置，其特征在于：所述高度调节装置(3)包括支架(31)和可在支架(31)上垂直移动的移动块(32)，所述光源(1)通过水平调节装置(4)安装在移动块(32)上。

4.根据权利要求3所述的曲面雕刻图像采集装置，其特征在于：所述水平调节装置(4)包括圆环形吊架(41)，所述圆环形吊架(41)的内侧设有导轨，所述光源(1)通过滑动件在导轨上移动。

5.根据权利要求4所述的曲面雕刻图像采集装置，其特征在于：所述圆环形吊架(41)通过支撑座(42)安装在移动块(32)上，所述支撑座(42)承托圆环形吊架(41)，所述支撑座(42)的内侧与圆环形吊架(41)的内侧相切。

6.根据权利要求4所述的曲面雕刻图像采集装置，其特征在于：所述位置调节装置还包括角度调节装置(5)，所述光源(1)通过角度调节装置(5)安装在滑动件上。

7.根据权利要求6所述的曲面雕刻图像采集装置，其特征在于：所述角度调节装置(5)包括第一支柱(51)和第二支柱(52)，所述第一支柱(51)的第一端固定在滑动件上，所述第一支柱(51)的第二端铰接在光源(1)上，所述第二支柱(52)的第一端可沿第一支柱(51)移动，所述第二支柱(52)的第二端铰接在光源(1)上。

8.根据权利要求6或7所述的曲面雕刻图像采集装置，其特征在于：还包括用于放置被测物体(7)的转盘(6)，所述转盘(6)的顶面上设有用于固定被测物体(7)的固定装置。

9.根据权利要求8所述的曲面雕刻图像采集装置，其特征在于：所述电控系统包括上位机、下位机、光强控制器和多个伺服电机，所述高度调节装置(3)、水平调节装置(4)、角度调节装置(5)和转盘(6)分别电连接至相应的伺服电机，所述光源(1)电连接至光强控制器，所述光强控制器及各伺服电机均与下位机电连接，所述摄像机(2)与上位机电连接，所述上位机与下位机电连接。