專利名稱：一種基于異步復位的在線圖像采集方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于涉及圖像采集技術領域，涉及一種圖像采集方法和采集裝 置，特別是一種針對運動中的零部件，基于異步復位模式的在線圖像采集 方法及采集裝置。目的是獲得運動對象的定位準確、清晰的原始圖像，以 便于后續(xù)的圖像處理和分析。
背景技術：
隨著我國先進制造業(yè)的發(fā)展，保障零部件質量、提高生產效率越來越 重要，對零部件質量的檢測也提出了更高的要求。零部件表面質量的檢測 作為質量檢測的主要內容之一，目前主要采用以下三種方法。
1、 人工觀察和測量方法。這是目前普遍采用的方法，通過人工視覺觀 察或借助測量器具進行檢測。 一般具有勞動強度較大、效率低、受人為因 素影響大等缺點。由于效率低， 一般采取抽檢的方式，難以實現零部件的 全檢。
2、 靜止狀態(tài)下的自動檢測方法。該方法在檢測時零部件處于靜止狀態(tài)， 但檢測是自動完成的。能夠減少人為因素造成的不利影響，但由于測量時 零部件需要保持靜止狀態(tài)，檢測效率難以提高。
3、 在線自動檢測方法。即在運動狀態(tài)下實現零部件表面質量的自動檢 測。主要采用基于機器視覺的在線檢測技術來實現， 一般具有在線、自動、 非接觸、速度較快、效率較高等優(yōu)點，是零部件表面質量檢測技術的主要 發(fā)展方向之一。但目前普遍存在當被測零部件運動速度提高時，采集的原 始圖像清晰度不夠、被測對象在圖像中的位置精度不高等問題，影響了檢 測效率的提高，難以適應大規(guī)模零部件在線全檢的需求。
基于機器視覺的零部件表面質量在線自動檢測方法的關鍵問題是提高 檢測精度和檢測效率。在運動狀態(tài)下，控制運動造成的圖像模糊、減小定 位誤差，從而保證圖像采集的質量，是提高檢測精度和檢測效率的前提和 技術關鍵。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種基于異歩復位的在 線圖像采集方法，同時提供實現該方法的圖像采集裝置。本發(fā)明中在線圖像采集方法是當運動中的被測零部件到達設定位置 時，位置傳感器產生原始觸發(fā)信號，該信號經過處理，得到一個精確延時 的異步復位信號，控制支持異歩復位模式的CCD采集到定位準確的清晰圖 像。該方法包括以下歩驟產生原始觸發(fā)信號、處理原始觸發(fā)信號、延時 電路延時、圖像釆集、輸出圖像數據。具體內容是
步驟(l)產生原始觸發(fā)信號被測零部件在傳送裝置帶動下以速度F勻 速運動，0<r<1000Wm"，當零部件通過用于位置檢測的光電傳感器時， 光電傳感器輸出 一個原始觸發(fā)信號。
步驟(2)處理原始觸發(fā)信號將原始觸發(fā)信號輸入信號處理電路中進行 電平轉換，原始觸發(fā)信號變換為TTL電平的外觸發(fā)信號，以滿足后續(xù)電路 的要求。
步驟(3)延時電路延時TTL電平的外觸發(fā)信號通過延時電路的延時處 理得到異步復位信號，異步復位信號輸入到支持異步復位模式的CCD (電
荷耦合器件)的對應端口，通過調節(jié)延時時間使被測零部件運動到設定位
置時觸發(fā)CCD進行圖像釆集；異步復位信號的幅值和脈沖寬度與CCD相匹 配；延時時間的設定根據具體設備的要求，為成熟的現有技術。
步驟(4)圖像采集設置CCD工作在異步復位模式，當異步復位信號有 效時，CCD采集一幀新圖像，通過設定曝光時間控制零部件的運動模糊程
度，以保證采集到定位準確、清晰的原始圖像。
步驟(5)輸出圖像數據圖像采集完成后，圖像數據通過圖像采集卡輸
出到計算機中，完成一次隨機觸發(fā)的異步復位圖像采集過程。
該在線圖像采集方法所使用的圖像采集裝置包括按照傳送裝置的運動
方向依次設置在傳送裝置正上方的光電傳感器和圖像采集單元；圖像采集 單元包括CCD、成像鏡頭和光源，成像鏡頭垂直正對傳送裝置，光源設置 在成像鏡頭和傳送裝置之間，CCD與成像鏡頭固定連接。光電傳感器通過 信號處理電路與延時電路連接，延時電路分別與CCD和計算機連接，圖像 采集卡的輸入端與CCD連接、輸出端與計算機連接。CCD與圖像采集卡的
連接以及圖像采集卡與計算機的連接采用成熟的現有技術。
信號處理電路包括電解電容C、負載電阻R1、輸出電阻R2、分壓電阻 R3、 NPN型三極管Q; NPN型三極管Q的集電極分別與電解電容C的一端、 負載電阻Rl的一端和+12V直流電源連接，NPN型三極管Q的基極分別與負 -載電阻-毋-的-另一端設及光-電傳感器-2的正輸出-端連接，-電解電容C的另一 端與光電傳感器2的公共輸出端連接；輸出電阻R2的一端與NPN型三極管Q的發(fā)射極連接，輸出電阻R2的另一端分別與分壓電阻R3的一端以及延 時電路5的門控信號正輸入端連接，分壓電阻R3的另一端與延時電路5的 門控信號公共輸入端連接。
延時電路5采用成熟產品，可以通過購買取得。如采用ADLINK PCI 8554 定時/計數器卡。
本發(fā)明裝置通過光電傳感器實現零部件的實時觸發(fā)，圖像采集裝置在 整個圖像采集過程中與零部件沒有接觸，不會產生磨損，易于維護，可以 實時在線采集到定位準確、清晰的原始圖像。
本方法采用支持異歩復位模式的CCD，實現運動狀態(tài)下零部件的圖像 采集，解決了運動狀態(tài)下零部件的快速觸發(fā)、精確定位、運動模糊控制、 圖像清晰度等問題?？蓮V泛應用于零部件的外觀尺寸、表面缺陷等表面質 量的在線自動檢測中。


圖1為本發(fā)明中圖像采集裝置結構示意圖； 圖2為圖1中信號處理電路的電路圖； 圖3為圖像采集時序示意圖。
具體實施例方式
在線圖像采集裝置具體如圖1所示，圖中的箭頭方向為傳送裝置1的 運動方向。光電傳感器2和圖像采集單元按照傳送裝置1的運動方向依次 設置在傳送裝置1正上方；圖像采集單元包括CCD 6、成像鏡頭7和光源8， 成像鏡頭7垂直正對傳送裝置1，光源8設置在成像鏡頭7和傳送裝置1 之間，CCD 6與成像鏡頭7固定連接。光電傳感器2通過信號處理電路4 與延時電路5連接，延時電路5分別與CCD6和計算機11連接，圖像采集 卡10的輸入端與CCD 6連接、輸出端與計算機11連接。被測零部件3放 置在傳送裝置1上。
如圖2，信號處理電路4包括電解電容C、負載電阻R1、輸出電阻R2、 分壓電阻R3、 NPN型三極管Q; NPN型三極管Q的集電極分別與電解電容C 的一端、負載電阻R1的一端和+12V直流電源連接，NPN型三極管Q的基極 分別與負載電阻Rl'的另一端以及光電傳感器2的正輸出端連接，電解電容 C的另一端與光電傳感器2的公共輸出端連接，并接地；輸出電阻R2的一 端與NPN型三極管Q的發(fā)射極連接，輸出電阻R2的另一端分別與分壓電阻 R-3-的一^^以及延時電路-5-的門控信號正輸入端連接，分壓-電阻R3的另 端與延時電路5的門控信號公共輸入端連接。延時電路5采用ADLINK PCI 8554定時/計數器卡，安裝在計算機11 的PCI插槽上，配合軟件實現延時功能。延時電路5的信號輸出端與CCD 的異步復位對應端口連接。
如圖3，具體的在線圖像采集方法是當被測零部件3在傳送裝置1 帶動下通過光電傳感器2下方時，光電傳感器2產生一個原始觸發(fā)信號sl。 sl輸入到信號處理電路4中，使sl變換成TTL電平的外觸發(fā)信號s2。 s2 輸入到延時電路5中，產生一個異歩復位信號s3。 s3輸入到支持異歩復位 模式的CCD 6中。CCD 6及成像鏡頭7垂直安裝于光電傳感器2前方的傳 送裝置1正上方，與光電傳感器2相隔一段固定的距離d。在CCD 6及成 像鏡頭7和傳送裝置1之間安裝一套光源8，提供成像視場9范圍內的照 明。CCD 6在異步復位信號s3有效時采集一幀新圖像，通過圖像采集卡10 輸出到計算機11中，完成一次光電傳感器2隨機觸發(fā)的異歩復位圖像采集 過程。
具體實施方式
如下
(1) 產生原始觸發(fā)信號sl
用于位置探測的光電傳感器2采用0MR0N E3X-DA11-S光纖光電傳感 器，光纖前端配套安裝一個聚焦光纖E32-D32，經過聚焦光纖的出射光線 投射到傳送裝置上，形成一個微小光點。當被測零部件3在傳送裝置1帶 動下以速度r (0 < r < 1000mw")勻速運動，零部件的邊緣接觸到微小光點 時，光電傳感器及時產生一個原始觸發(fā)信號sl。該光纖光電傳感器以高速 模式工作，響應時間控制在100微秒以內，以保證快的響應速度。
(2) 處理原始觸發(fā)信號
原始觸發(fā)信號sl輸入到信號處理電路4中，得到一個TTL電平的外觸 發(fā)信號s2。
(3) 延時電路延時
設置ADLINK PCI 8554定時/計數器卡的工作模式為硬件觸發(fā)選通方 式。s2作為卡中8554定時/計數器芯片的門控信號，并以設定的延時時間 T作為計數初值開始倒計時。當倒計時時鐘減為零時，輸出一個寬度為一 個時鐘周期的負脈沖信號s3，然后自動恢復為高電平，并維持不變，直到 下一次門控信號s2的上升沿有效時才再次啟動8554定時/計數器。ADLINK PCI 8554的內部時鐘為8MHz，可以實現寬度為一個時鐘周期AT的延時精 度。AT為1. 25X10—7秒。
設零部件3-運動到CCD視場9--中心時觸發(fā)圖豫-釆集，此時零部件前端 與光電傳感器觸發(fā)位置的距離為d，設運動裝置的運動速度為K，根據圖1，則延時時間T滿足
T = d / r (1) 當延時電路的延時時間設定為(1)式確定的T時，則當零部件剛好運動 到CCD視場中心時觸發(fā)圖像采集，且零部件的定位精度為F AT。當「< lOOOmm"時，定位精度r AT<0.125um。定位精度高的圖像有利于后 續(xù)的圖像處理，有利于保證檢測精度。
(4) 圖像采集
異步復位信號s3輸入到支持異步復位模式的CCD 6中，并設定異歩復 位信號的下降沿有效時觸發(fā)圖像采集。則當s3的下降沿到來時，觸發(fā)CCD 及時采集一幀新圖像。s4為圖像采集的曝光時序，設曝光時間為"則零 部件的運動模糊值為r t 。
設圖像的放大倍率為P ，則對應圖像的運動模糊值x為 z=r t 3 (2)
若把運動模糊值控制在1個像素尺寸的偏差之內，即小于CCD的像元 尺寸s，可得
<formula>formula see original document page 7</formula> (3)
按(3)式確定的t設定曝光時間，則運動模糊可控制在尺寸s之內，從 而采集到清晰的原始圖像。但當t減小時，需要保證光源8具有足夠的亮 度，使圖像灰度保持合適水平。
(5) 輸出圖像數據
曝光結束，圖像數據準備就緒，s5有效，圖像數據通過與CCD匹配的 圖像采集卡10輸出到計算機11中，完成一次光電傳感器2隨機觸發(fā)的異 步復位圖像采集過程。
權利要求
1、一種基于異步復位的在線圖像采集方法，其特征在于該方法包括以下步驟產生原始觸發(fā)信號、處理原始觸發(fā)信號、延時電路延時、圖像采集、輸出圖像數據，具體是步驟(1)產生原始觸發(fā)信號被測零部件在傳送裝置帶動下以速度V勻速運動，當零部件通過用于位置檢測的光電傳感器時，光電傳感器輸出一個原始觸發(fā)信號，0<V<1000mm/s；步驟(2)處理原始觸發(fā)信號將原始觸發(fā)信號輸入信號處理電路中進行電平轉換，原始觸發(fā)信號變換為TTL電平的外觸發(fā)信號；步驟(3)延時電路延時TTL電平的外觸發(fā)信號通過延時電路的延時處理得到異步復位信號，異步復位信號輸入到支持異步復位模式的CCD的對應端口，通過調節(jié)延時時間使被測零部件運動到設定位置時觸發(fā)CCD進行圖像采集；異步復位信號的幅值和脈沖寬度與CCD相匹配；步驟(4)圖像采集設置CCD工作在異步復位模式，當異步復位信號有效時，CCD采集一幀新圖像，通過設定曝光時間控制零部件的運動模糊程度，保證采集到定位準確、清晰的原始圖像；步驟(5)輸出圖像數據圖像采集完成后，圖像數據通過圖像采集卡輸出到計算機中，完成一次隨機觸發(fā)的異步復位圖像采集過程。
2、 基于異歩復位的在線圖像采集裝置，包括按照傳送裝置的運動方向依次設置在傳送裝置正上方的光電傳感器和圖像采集單元，其特征在于圖像采集單元包括CCD、成像鏡頭和光源，成像鏡頭垂直正對傳送裝置， 光源設置在成像鏡頭和傳送裝置之間，CCD與成像鏡頭固定連接；光電傳 感器通過信號處理電路與延時電路連接，延時電路分別與CCD和計算機連 接，圖像采集卡的輸入端與CCD連接、輸出端與計算機連接；所述的信號處理電路包括電解電容C、負載電阻R1、輸出電阻R2、分 壓電阻R3、 NPN型三極管Q; NPN型三極管Q的集電極分別與電解電容C的 一端、負載電阻Rl的一端和+12V直流電源連接，NPN型三極管Q的基極分 別與負載電阻Rl的另一端以及光電傳感器2的正輸出端連接，電解電容C 的另一端與光電傳感器2的公共輸出端連接；輸出電阻R2的一端與NPN型 三極管Q的發(fā)射極連接，輸出電阻R2的另一端分別與分壓電阻R3的一端 以及延時電路5的門控信號正輸入端連接，分壓電阻R3的另一端與延時電 路5的門控信號公共輸入端連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于異步復位的在線圖像采集方法和裝置。目前方法及裝置效率低、精度不高，不適應大規(guī)模零部件在線全檢的需求。本發(fā)明方法步驟是產生原始觸發(fā)信號、處理原始觸發(fā)信號、延時電路延時、圖像采集、輸出圖像數據。本發(fā)明裝置包括按照傳送裝置的運動方向依次設置在傳送裝置正上方的光電傳感器和圖像采集單元，圖像采集單元包括CCD、成像鏡頭和光源。光電傳感器通過信號處理電路與延時電路連接，延時電路分別與CCD和計算機連接，圖像采集卡的輸入端與CCD連接、輸出端與計算機連接。本發(fā)明可以實時在線采集到定位準確、清晰的原始圖像，解決了運動狀態(tài)下零部件的快速觸發(fā)、精確定位、運動模糊控制、圖像清晰度等問題。
文檔編號G01N21/88GK101482517SQ20091009559
公開日2009年7月15日 申請日期2009年1月22日 優(yōu)先權日2009年1月22日
發(fā)明者亭 葉, 吳開華, 胡少鵬 申請人:杭州電子科技大學