本實用新型涉及成像檢測領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)外側(cè)成像裝置。

背景技術(shù)：

對物體360度成像是機器視覺的一個難點，在機器視覺系統(tǒng)中經(jīng)常需要對圓柱物體外表面成像，如外螺紋、柱面等，用于缺陷檢測等質(zhì)量控制系統(tǒng)中。已有的技術(shù)通常有以下幾種：。

(1)圓柱物體旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)一個角度，拍攝一張圖像，然后進行圖像拼接；

(2)采用多個相機從多個角度進行拍照然后對每幅圖像進行拼接處理。

現(xiàn)有方法缺點：方法(1)和(2)需要拍攝多張圖像，裝置設(shè)計復(fù)雜，圖像處理效率低；方法(2)使用多個相機，增加了硬件成本。

因此，現(xiàn)有技術(shù)有待改進和提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請?zhí)峁┮环N環(huán)外側(cè)成像裝置，只需一臺成像裝置即可拍攝被測物體360°側(cè)面的圖像，成本低。

根據(jù)本實用新型的第一方面，本實用新型提供一種環(huán)外側(cè)成像裝置,包括：橢球面鏡，鏡頭以及用于對進入到鏡頭的光線進行成像的成像裝置；所述鏡頭設(shè)置在橢球面鏡反射光的光路上，所述橢球面鏡的底部設(shè)置有被測物體的放置位，所述橢球面鏡將放置位上被測物體的側(cè)面圖像反射到鏡頭中。

所述的環(huán)外側(cè)成像裝置，其中，所述鏡頭的焦點與所述橢球面鏡遠離被測物體的焦點重合。

所述的環(huán)外側(cè)成像裝置，其中，所述環(huán)外側(cè)成像裝置還包括反射鏡，所述反射鏡設(shè)置在橢球面鏡的軸向方向，用于將橢球面鏡反射的光線反射到鏡頭中。

所述的環(huán)外側(cè)成像裝置，其中，所述鏡頭的焦點在反射鏡中的像點與橢球面鏡遠離被測物體的焦點重合。

所述的環(huán)外側(cè)成像裝置，其中，所述環(huán)外側(cè)成像裝置還包括光源，所述光源的光穿過橢球面鏡靠近被測物體的焦點照射到被測物體上。

所述的環(huán)外側(cè)成像裝置，其中，所述橢球面鏡靠近被測物體的焦點不低于被測物體的待成像區(qū)域。

所述的環(huán)外側(cè)成像裝置，其中，所述環(huán)外側(cè)成像裝置還包括錐形支架，所述光源固定在錐形支架上。

所述的環(huán)外側(cè)成像裝置，其中，所述橢球面鏡兩個焦點之間的距離c、被測物體的半徑R和被測物體的高度H滿足如下不等式：

其中，

所述的環(huán)外側(cè)成像裝置，其中，所述成像裝置為CCD相機或者CMOS相機。

所述的環(huán)外側(cè)成像裝置，其中，所述反射鏡為反射棱鏡。

實用新型的有益效果：本實用新型提供的環(huán)外側(cè)成像裝置，包括：橢球面鏡，鏡頭以及用于對進入到鏡頭的光線進行成像的成像裝置；所述鏡頭設(shè)置在橢球面鏡反射光的光路上，所述橢球面鏡的底部設(shè)置有被測物體的放置位，所述橢球面鏡將放置位上被測物體的側(cè)面圖像反射到鏡頭中。可見，由于橢球面鏡是球面，且環(huán)繞被測物體，故其可將被測物體360°側(cè)面圖像反射到鏡頭中，從而在成像裝置中成像。由此，本實用新型只需要一臺成像裝置便可以拍攝物體的360°側(cè)面圖像，無需后續(xù)拼接等圖像處理，且結(jié)構(gòu)簡單、徑向畸變小、進行圖像還原后不失真、裝置成本低。

附圖說明

圖1為本實用新型提供的環(huán)外側(cè)成像裝置的一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型提供的環(huán)外側(cè)成像裝置的一實施例中，橢球面鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型提供的環(huán)外側(cè)成像裝置的一實施例的簡化光路示意圖；

圖4為本實用新型提供的環(huán)外側(cè)成像裝置的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實用新型提供的環(huán)外側(cè)成像裝置的另一實施例的簡化光路示意圖；

圖6為本實用新型提供的環(huán)外側(cè)成像裝置的另一實施例的錐形支架結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面通過具體實施方式結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。

本實用新型提供一種環(huán)外側(cè)成像裝置,在第一實施例中，如圖1所示，所述環(huán)外側(cè)成像裝置包括：橢球面鏡50，鏡頭20以及用于對進入到鏡頭20的光線進行成像的成像裝置10；所述鏡頭20設(shè)置在橢球面鏡50反射光的光路上，橢球面鏡50的底部設(shè)置有被測物體60的放置位510(如圖2所示)，橢球面鏡50將放置位510上被測物體60的側(cè)面圖像反射到鏡頭20中。橢球面鏡50成碗形，放置位510設(shè)置在橢球面鏡50底部的中央位置。

本實施例中，被測物體60為圓柱體，其待檢測的面為側(cè)面，即外側(cè)的環(huán)面。圖3的光路圖中，照射到該環(huán)面的光經(jīng)過橢球面鏡50反射后進入到鏡頭20中，從而在成像裝置10中成像，得到該環(huán)面的圖像，由于橢球面鏡50為球面，環(huán)繞被測物體60，從而實現(xiàn)了對被測物體60的360°側(cè)面成像，進而可直接對圖像進行檢測；無需后續(xù)拼接等圖像處理，且結(jié)構(gòu)簡單、徑向畸變小、進行圖像還原后不失真、裝置成本低。

成像裝置10可以采用CCD相機或者CMOS相機，采用工業(yè)相機獲取的圖像更清晰。

如圖3所示，F(xiàn)₁和F₂為橢球面鏡50的兩個焦點，F(xiàn)₁為橢球面鏡50靠近被測物體60的焦點，F(xiàn)₂為橢球面鏡50遠離被測物體60的焦點。同時，F(xiàn)₂也是鏡頭20的焦點，由于鏡頭20與CCD相機或者CMOS相機匹配，也就是相機的焦點。即，鏡頭20的焦點與橢球面鏡50遠離被測物體的焦點F₂重合，如此設(shè)置，使得橢球面鏡50反射的光線能清晰的在成像裝置10中成像。

環(huán)外側(cè)成像裝置還包括光源410和錐形支架420，光源410環(huán)繞錐形支架420分布并固定在錐形支架420上。錐形支架420與橢球面鏡50同軸(旋轉(zhuǎn)軸)。光源410的光穿過橢球面鏡50靠近被測物體60的焦點F₁照射到被測物體60上。由此可知，光源410發(fā)出的光線依次經(jīng)過F₁和被測物體60的外側(cè)后，被橢球面鏡50反射到F₂并經(jīng)過鏡頭20進入成像裝置10成像，光路形成過程中，形成單視點約束，從而得到清晰的被測物體60的環(huán)外側(cè)圖像。為實現(xiàn)環(huán)外側(cè)成像，橢球面鏡50靠近被測物體60的焦點F₁不低于被測物體60的待成像區(qū)域，該待成像區(qū)域即為被測物體60的環(huán)外側(cè)。

橢球面鏡50的參數(shù)根據(jù)被測物體60的尺寸而定。具體的，被測物體60為圓柱體，在三維坐標系中，由于z軸為圓柱體和橢球面鏡50的旋轉(zhuǎn)軸，故只考慮x軸和z軸組成的平面的光路即可，如圖3所示。F₁點為坐標圓心，水平方向為x軸，豎直方向為z軸，圓柱體的半徑為R，高度為H。則橢球面鏡50在該平面坐標系中的橢圓方程為：

其中c是兩個焦點F₁和F₂之間的距離，k為常數(shù)且滿足0＜k＜2。

焦點F₁出射的光線經(jīng)過圓柱體側(cè)面最上端和圓柱體側(cè)面最下端到達橢球面鏡50上時的兩個點為(x₀,z₀)和(x₁,z₁)，這兩個點為臨界點。當圓柱體側(cè)面最下端的物點的反射光線不被遮擋時，由幾何關(guān)系可知環(huán)外側(cè)的反射光線不會被遮擋。圓柱體側(cè)面最下端的物點的反射光線與圓柱體上底面所在平面的交點距離圓柱體上底面中心的距離為T，當T大于圓柱體半徑R時，反射光線不會被遮擋，所以只要T≥R則可以使圓柱體側(cè)面完全成像。F₁F₂＝c，臨界點(x₁,z₁)的坐標可以表示為：

由此可計算出

由公式2和公式3可知，橢球面鏡50兩個焦點之間的距離c、被測物體的半徑R和被測物體的高度H滿足如下不等式：

因為c和k的取值范圍是一定的，可以將其離散化通過作圖得到滿足條件的c和k。

符合單視點約束的鏡面形狀可以是平面鏡、錐形、球形、雙曲線以及橢圓，由于平面鏡不能擴大視野，錐形、球形與鏡頭相對位置擺放正確時只拍到一個點，得不到全景圖，擺放位置不正確的情況下可以得到全景圖，但是此時不滿足單視點條件。由于拋物面的反射光線平行于光軸的平行線，需要配合遠心鏡頭使用，但遠心鏡頭價格昂貴。雙曲面和橢圓不僅滿足單視點要求，而且能增大視場獲得全景圖，由于被測物體為圓柱的側(cè)面，因此本實施例采用鏡面橫截面(軸向截面)為橢圓形的橢球面鏡50。

本實施例中，橢球面鏡50與錐形支架420之間，錐形支架420與鏡頭20之間，鏡頭20與成像裝置10之間均采用螺紋連接，便于更換，也便于用戶還根據(jù)被測物體60的不同而進行配置。

請參閱圖4，本實用新型提供的第二實施例中，在第一實施例的基礎(chǔ)上增加了反射鏡30，由于反射鏡30改變了反射光的光路方向，故成像裝置10和鏡頭20排列成水平方向，如此設(shè)置可節(jié)約豎直方向上的空間。

反射鏡30設(shè)置在橢球面鏡50的軸向方向，用于將橢球面鏡50反射的光線反射到鏡頭20中。本實施例中，反射鏡30為反射棱鏡。反射棱鏡較平面鏡反射的圖像清晰。反射棱鏡為方形，可通過外置固定裝置進行固定。

請參閱圖5，F(xiàn)₁和F′₂為橢球面鏡50的兩個焦點，F(xiàn)′₂為F₂關(guān)于反射鏡30的像點，即F₂′與F₂關(guān)于反射鏡30反射面軸對稱，且F₂為鏡頭20的焦點，即鏡頭20的焦點F2在反射鏡中的像點與橢球面鏡遠離被測物體的焦點F′₂重合。可見，橢球面鏡50反射的環(huán)外側(cè)光線經(jīng)過反射鏡30的反射后，經(jīng)過鏡頭20的聚焦后在成像裝置10中成像，實現(xiàn)被測物體60環(huán)外側(cè)的成像，便于后續(xù)的檢測處理。

光源410的顏色可以根據(jù)應(yīng)用場景不同進行選擇，錐形支架的高度如圖6所示，為L。反射棱鏡的光路為g，即進入到反射棱鏡的光在被反射前經(jīng)過的距離。反射棱鏡的光路為g、橢球面鏡50兩焦點間的距離c和錐形支架的高度L滿足公式5：L+g＝c。以此作為錐形支架和反射棱鏡的配合關(guān)系，從而在橢球面鏡50尺寸確定后，錐形支架和反射棱鏡的尺寸也能確定。

本實施例的其它特征在上一實施例中已詳細闡述，故不做贅述。

以上應(yīng)用了具體個例對本實用新型進行闡述，只是用于幫助理解本實用新型，并不用以限制本實用新型。對于本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，依據(jù)本實用新型的思想，還可以做出若干簡單推演、變形或替換。