專利名稱：一種工業(yè)智能相機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機器視覺圖像測量與模式識別技術領域，涉及一種檢測裝 置，更進一步涉及一種機器視覺產(chǎn)品質量檢測的工業(yè)智能相機。
背景技術：
產(chǎn)品質量檢測是工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的一個重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的人工檢測 不僅速度慢也難以達到教高的正確率。近年來，隨著圖像處理與模式識別技 術的發(fā)展以及計算機水平的提高，在有些場合，企業(yè)開始采用機器視覺系統(tǒng) 替代人工進行工件產(chǎn)品的檢測，例如對工件產(chǎn)品進行測量、分類和判別等。 機器視覺設備檢測與人工檢測相比在檢測速度和準確性上都具有明顯優(yōu)勢， 采用機器視覺檢測設備有利于提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質量，特別是在一些 危險、污染等不適合人工操作的地方，機器視覺的優(yōu)點更加明顯。傳統(tǒng)的機 器檢測設備成本高、體積大、結構松散，軟件開發(fā)難度大、使用煩瑣，不利 于生產(chǎn)線安裝。工業(yè)界十分需要小型、低成本的機器視覺檢測設備。目前國 外已經(jīng)有一些小型機器視覺檢測設備開始應用，并取得了滿意的效果。國內(nèi) 尚缺乏功能完善的通用小型機器視覺控制器，僅有一些功能單一的專用產(chǎn) 品，不能滿足日益多樣化的產(chǎn)品質量檢測需要，更難以直接快速的用于新產(chǎn) 品的檢測。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述機器視覺在工業(yè)應用中存在的問題，本發(fā)明的目的在于，在多 年潛心研究和技術積累的基礎上，提供一種工業(yè)智能相機，該工業(yè)智能相機 低成本、小體積、結構緊湊、軟件通用性強且設置簡單，對提高企業(yè)提高生 產(chǎn)效率，控制產(chǎn)品質量是十分有益。 為了實現(xiàn)上述任務，本發(fā)明采用軟硬件結合的設計思想，利用圖像測量 任務的共同點，構建統(tǒng)一的圖像獲取硬件平臺和圖像處理軟件平臺，針對常 見的測量對象，設計了多種視覺檢測工具，適當組合使用這些視覺檢測工具， 可以滿足多種應用環(huán)境的要求。
本發(fā)明的具體技術解決方案是-
一種工業(yè)智能相機，其特征在于，該工業(yè)智能相機包括主機設備和參數(shù) 設置軟件，其中-
主機設備的硬件包括 一機殼，機殼下方設置有鏡頭，機殼內(nèi)靠近鏡頭 的位置設有用于采集圖像和接口驅動的圖像采集板，圖像采集板上插有一用 于圖像處理的圖像處理板，圖像采集板和圖像處理板之間通過數(shù)據(jù)傳輸接口 進行數(shù)據(jù)交換；
在圖像采集板上裝有CMOS感光芯片，用于將被測物體經(jīng)過鏡頭所成 的圖像轉換成數(shù)字信號，并經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸接口傳送到圖像處理板中，圖像處 理板上有處理器，負責對圖像數(shù)據(jù)進行處理；
圖像采集板上還安裝有綜合接口和以太網(wǎng)接口 ，綜合接口集成了數(shù)字 10、串行通信、視頻、電源接口，通過綜合接口傳送外接傳感器信號或圖像 數(shù)據(jù)處理結果，圖像處理板用于與參數(shù)設置軟件的通信；綜合接口和以太網(wǎng) 接口從機殼的后面板引出，機殼的后面板上還有三個LED指示燈，用于電 源指示和運行狀態(tài)指示；
主機設備軟件部分包括硬件驅動程序、系統(tǒng)軟件、視覺檢測工具、相機 網(wǎng)絡通信模塊和配置文件；其中，硬件驅動程序負責與對硬件的直接操作， 實現(xiàn)各種底層操作；系統(tǒng)軟件負責整個相機的工作控制，根據(jù)配置文件中的 運行參數(shù)調用相應的視覺檢測工具并為用到的各個工具分別加載相應的參 數(shù)，從而實現(xiàn)對產(chǎn)品圖像進行機器視覺檢測；相機網(wǎng)絡通信模塊協(xié)助系統(tǒng)軟 件完成與參數(shù)設置軟件的網(wǎng)絡通信；
參數(shù)設置軟件包括視頻顯示模塊、檢測設置模塊、參數(shù)保存模塊和相 機參數(shù)設置模塊；參數(shù)設置軟件整體基于PC網(wǎng)絡通信基礎之上，參數(shù)設置 軟件與主機設備通過以太網(wǎng)連接，視頻顯示模塊實時顯示主機設備通過以太 網(wǎng)傳輸過來的視頻圖像，測設置模塊以可視化的編程方式選擇視覺檢測工具 并加以適當?shù)慕M合和設置，參數(shù)保存模塊將用戶的設置以配置文件的格式加 以保存并下載到主機設備中，相機參數(shù)設置模塊包含有相機分辨率、曝光時 間、RGB增益參數(shù)設置選項，用戶根據(jù)需要在相機參數(shù)設置模塊設定相機 硬件參數(shù)。
本發(fā)明的工業(yè)智能相機，不僅體積小，制造成本低，安裝、使用方便， 還有較強的通用性，它提供了多種機器視覺檢測工具，用戶根據(jù)具體檢測任 務以可視化的方式對這些檢測工具進行選取與組合，實現(xiàn)軟件定制，快速適 應各種產(chǎn)品的檢測。檢測工具涉及尺寸測量，條形碼、二維碼識別，字符識 別，顏色、灰度識別，特征匹配，缺陷檢測等機器視覺檢測方法，并可以自 動校正工件的旋轉和平移。
圖l是本發(fā)明的系統(tǒng)結構框圖； 圖2是本發(fā)明的主機設備硬件結構框圖； 圖3是本發(fā)明的主機設備軟件結構框圖； 圖4是本發(fā)明的參數(shù)設置軟件結構框為了更清楚的理解本發(fā)明，下面結合附圖和發(fā)明人給出的具體實施例， 對本發(fā)明作進一步的描述與說明。
具體實施例方式
本發(fā)明的工業(yè)智能相機結構框圖如圖1所示，該工業(yè)智能相機包括一臺 主機設備和一套參數(shù)設置軟件。其中主機設備硬件部分包含圖像采集板和圖 像處理板各一塊；主機設備軟件部分包括系統(tǒng)軟件和視覺檢測工具兩部分。
參數(shù)設置軟件在PC機上運行。
工業(yè)智能相機的主機設備安裝在生產(chǎn)線上，加上傳感器、執(zhí)行器的配合
構成機器視覺在線檢測系統(tǒng)。使用前，用戶可以通過運行于PC機上的參數(shù)
設置軟件經(jīng)以太網(wǎng)連接到主機設備對主機設備各種參數(shù)進行設置，完成設置 后主機設備即可獨立運行。
主機設備的機殼下方設有鏡頭接口，上邊可以加裝標準cs型鏡頭。外
界光線通過鏡頭進入智能相機內(nèi)部。外界物體通過鏡頭在CMOS感光芯片 上成像，當圖像處理板發(fā)來采集指令后，CMOS感光芯片將圖像信息轉換成 數(shù)字信號再經(jīng)過接口送到圖像處理板中。圖像采集板上還有接口驅動電路和 供電電路，并對外提供一個三排15針D型頭接口，其中包含+5V供電接口， 四路隔離數(shù)字輸入、三路隔離數(shù)字輸出，RS232/RS422/RS485可切換的串行 總線接口，監(jiān)控視頻輸出接口。通過這些接口智能相機可以完成與外部傳感 器、執(zhí)行器、監(jiān)視器等設備的通信。
圖像處理板包含有處理器DSP、 SDRAM、 FLASH、串口擴展芯片、以 太網(wǎng)接口芯片等器件。圖像處理板上的處理器DSP是系統(tǒng)的核心運算單元， 它運行主機軟件，處理來自圖像采集板的圖像數(shù)據(jù)，并將處理結果通過數(shù)字 I/O、串行總線或者以太網(wǎng)輸出，以供生產(chǎn)線控制或者企業(yè)信息管理系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)收集使用。圖像處理板提供一個以太網(wǎng)接口，通過以太網(wǎng)相機可以與參 數(shù)設置軟件進行通信，實現(xiàn)處理參數(shù)的設置和下載。其他網(wǎng)絡設備也可以通 過網(wǎng)絡訪問相機取得生產(chǎn)線檢測的相關數(shù)據(jù)。
主機設備軟件的系統(tǒng)軟件負責管理系統(tǒng)硬件平臺，適當調用各種視覺檢 測工具完成智能相機的整體運行，實現(xiàn)機器視覺檢測功能。本工業(yè)智能相機 向用戶提供了三類共12種檢測工具，同類工具可以并行運行，不同類工具 之間可以串行運行，使用時，根據(jù)存儲器內(nèi)配置文件中的運行參數(shù)，這些視 覺檢測工具經(jīng)過預定組合方式對產(chǎn)品圖像進行處理最后給出綜合的檢測結
果以及產(chǎn)品分類。
參數(shù)設置軟件在工業(yè)智能相機初始設置時通過以太網(wǎng)連接到主機設備， 它包含三個功能模塊，圖像顯示、相機硬件參數(shù)設置和圖像處理參數(shù)設置。 圖像顯示區(qū)實時顯示主機設備通過以太網(wǎng)傳輸過來的視頻；相機硬件參數(shù)設 置區(qū)包含了相機分辨率、曝光時間、RGB增益等硬件參數(shù)設置選項；圖像 處理參數(shù)設置區(qū)用于設置圖像的處理過程中各個視覺檢測工具如何組合以 及所用到視覺檢測工具的具體參數(shù)。針對具體的檢測任務用戶首先設置好相 機硬件參數(shù)以獲得最佳圖像，然后再針對檢測目標進行視覺檢測工具的并行 和串行組合。設置好所有參數(shù)之后經(jīng)以太網(wǎng)講配置文件傳輸?shù)街鳈C設備并加 以保存，此后根據(jù)配置文件主機設備可以獨立運行完成機器視覺檢測任務。
主機設備機硬件結構框圖如圖2所示,包括設置在機殼1下方的鏡頭2， 靠近鏡頭2的位置設有用于采集圖像和接口驅動的圖像采集板3，疊插到圖 像采集板3上的圖像處理板4。圖像采集板3和圖像處理板4之間通過數(shù)據(jù) 傳輸接口6進行數(shù)據(jù)交換。
在圖像采集板3上裝有CMOS感光芯片5，可將被測物體經(jīng)過鏡頭5 所成的像轉換成數(shù)字信號，并經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸接口6傳送到圖像處理板4。圖 像處理板4上的DSP 7對獲得圖像數(shù)據(jù)進行處理。
安裝在圖像采集板3上的綜合接口 8集成了數(shù)字K)、串行通信、視頻、 電源等接口，通過綜合接口8，可以將外接傳感器信號傳送主機設備內(nèi)部， 以確定機器視覺檢測的方式和時機。處理后的結果可以通過綜合接口 8傳送 到執(zhí)行器以控制生產(chǎn)線的產(chǎn)品分揀。圖像處理板4上裝有以太網(wǎng)接口9，用 于與參數(shù)設置軟件的通信。
綜合接口8和以太網(wǎng)接口9都從機殼1的后面板引出機殼。機殼1的后 面板上還有三個LED指示燈用于電源指示，和運行狀態(tài)指示。
主機設備機的軟件結構框圖如圖3所示。軟件主體由3層構成，自下而
上分別是硬件驅動程序10，系統(tǒng)軟件ll、視覺檢測工具12、相機網(wǎng)絡通信
模塊13和配置文件14。硬件驅動程序10負責與對硬件的直接操作，實現(xiàn) 各種底層操作。系統(tǒng)軟件11負責整個相機的工作控制，根據(jù)配置文件14中 的運行參數(shù)調用相應的視覺檢測工具12并為用到的各個工具分別加載相應 的參數(shù)，從而實現(xiàn)對產(chǎn)品圖像進行機器視覺檢測。相機網(wǎng)絡通信模塊3協(xié) 助系統(tǒng)軟件11完成與參數(shù)設置軟件的網(wǎng)絡通信。
參數(shù)設置軟件結構框圖如圖4所示。參數(shù)設置軟件整體基于PC網(wǎng)絡通 信15基礎之上，主機設備傳輸過來的視頻經(jīng)視頻顯示模塊16顯示在用戶界 面上，用戶先在相機設置模塊19設置好相機硬件參數(shù)獲得最佳圖像，再在 圖像處理設置模塊17中以可視化的編程方式選取需要的視覺檢測工具，并 對他們進行適當?shù)拇?、并行組合，從而得到一個由這些視覺檢測工具相互組 合而成的樹形檢測流程，再設置檢測流程中所用到各個視覺檢測工具的具體 參數(shù)以實現(xiàn)對最佳的檢測效果。設置好以后將設置信息保存為配置文件14， 經(jīng)以太網(wǎng)傳輸并保存到主機設備中。
本發(fā)明的工業(yè)智能相機，提供三類12種檢測工具，用戶可以按照具體 的檢測工件進行組合配置。第一類為定位工具包括基于輪廓特征的定位工具 和基于特征點的定位工具兩種。第二類為檢測工具，包括幾何測量測量工具 (測量直線，圓弧等幾何元素的位置、長度等參數(shù))，條形碼識別工具(識 別給定區(qū)域內(nèi)一維條形碼)，二維碼識別工具(識別給定區(qū)域內(nèi)的二維碼)， 顏色、灰度檢測工具(檢測區(qū)域內(nèi)顏色、灰度是否與給定值一致)，字符識 別(識別區(qū)域內(nèi)的字符)，區(qū)域匹配檢測工具(檢測區(qū)域內(nèi)圖像是否具有給 定特征)，輪廓缺陷檢測工具(檢測輪廓與模板比較是否存在缺陷)共八種 工具。第三類為分析輸出工具，包括產(chǎn)品等級判定工具和I/O控制工具兩種。 用戶通過適當組合這些工具，可以實現(xiàn)對各種產(chǎn)品的綜合質量檢測。
權利要求
1.一種工業(yè)智能相機，其特征在于，該工業(yè)智能相機包括主機設備和一套參數(shù)設置軟件，其中主機設備的硬件包括一機殼(1)，機殼(1)下方設置有鏡頭(2)，機殼(1)內(nèi)靠近鏡頭(2)的位置設有用于采集圖像和接口驅動的圖像采集板(3)，圖像采集板(3)上插有一用于圖像處理的圖像處理板(4)，圖像采集板(3)和圖像處理板(4)之間通過數(shù)據(jù)傳輸接口(6)進行數(shù)據(jù)交換；在圖像采集板(3)上裝有CMOS感光芯片(5)，用于將被測物體經(jīng)過鏡頭(2)所成的圖像轉換成數(shù)字信號，并經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸接口(6)傳送到圖像處理板(4)中，圖像處理板(4)上有處理器(7)，負責對圖像數(shù)據(jù)進行處理；圖像采集板(3)上還安裝有綜合接口(8)和以太網(wǎng)接口(9)，綜合接口(8)集成了數(shù)字IO、串行通信、視頻、電源接口，通過綜合接口(8)傳送外接傳感器信號或圖像數(shù)據(jù)處理結果，圖像處理板(4)用于與參數(shù)設置軟件的通信；綜合接口(8)和以太網(wǎng)接口(9)從機殼(1)的后面板引出，機殼(1)的后面板上還有三個LED指示燈，用于電源指示和運行狀態(tài)指示；主機設備軟件部分包括硬件驅動程序(10)、系統(tǒng)軟件(11)、視覺檢測工具(12)、相機網(wǎng)絡通信模塊(13)和配置文件(14)；其中，硬件驅動程序(10)負責與對硬件的直接操作，實現(xiàn)各種底層操作；系統(tǒng)軟件(11)負責整個相機的工作控制，根據(jù)配置文件(14)中的運行參數(shù)調用相應的視覺檢測工具(12)并為用到的各個工具分別加載相應的參數(shù)，從而實現(xiàn)對產(chǎn)品圖像進行機器視覺檢測；相機網(wǎng)絡通信模塊(13)協(xié)助系統(tǒng)軟件(11)完成與參數(shù)設置軟件的網(wǎng)絡通信；參數(shù)設置軟件包括視頻顯示模塊(16)、檢測設置模塊(17)、參數(shù)保存模塊(18)和相機參數(shù)設置模塊(19)；參數(shù)設置軟件整體基于PC網(wǎng)絡通信(15)基礎之上，參數(shù)設置軟件與主機設備通過以太網(wǎng)連接，視頻顯示模塊(16)實時顯示主機設備通過以太網(wǎng)傳輸過來的視頻圖像，測設置模塊(17)以可視化的編程方式選擇視覺檢測工具并加以適當?shù)慕M合和設置，參數(shù)保存模塊(18)將用戶的設置以配置文件的格式加以保存并下載到主機設備中，相機參數(shù)設置模塊(19)包含有相機分辨率、曝光時間、RGB增益參數(shù)設置選項，用戶根據(jù)需要在相機參數(shù)設置模塊(19)設定相機硬件參數(shù)。
2.如權利要求1所述的工業(yè)智能相機，其特征在于，所述的視覺檢測 工具(12)分為三類12種，同類工具可并行運行，不同類工具可串行運行， 視覺檢測流程由這些視覺檢測工具組合而成，這些工具的組合方式以及具體 工具的參數(shù)以配置文件(14)的格式形式存儲。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種工業(yè)智能相機，該相機由一臺主機設備和一套參數(shù)設置軟件構成，主機設備安裝到工業(yè)生產(chǎn)線上獨立運行實現(xiàn)對產(chǎn)品質量的機器視覺檢測功能，參數(shù)設置軟件運行與PC機用于主機設備的初始配置。該相機不僅體積小，制造成本低，安裝、使用方便，還有較強的通用性，它提供了多種機器視覺檢測工具，用戶根據(jù)具體檢測任務以可視化的方式對這些檢測工具進行選取與組合，實現(xiàn)軟件定制，快速適應各種產(chǎn)品的檢測。檢測工具涉及尺寸測量，條形碼、二維碼識別，字符識別，顏色、灰度識別，特征匹配，缺陷檢測等機器視覺檢測方法，并可以自動校正工件的旋轉和平移。
文檔編號H04N5/225GK101184167SQ20071019923
公開日2008年5月21日 申請日期2007年12月14日 優(yōu)先權日2007年12月14日
發(fā)明者張新曼, 張愛民, 汪晗昕, 沈建坤, 韓九強, 魏全瑞 申請人:西安交通大學