Устройство для технического зрения

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к оптическим системам технического зрения и может быть использована для определения координат различных объектов, в частности, отверстий. Использование полезной модели позволяет повысить точность определения координат центров отверстий за счет обеспечения их равномерной освещенности. Устройство для технического зрения включает кольцевой источник излучения 1, образованный расположенными по окружности светодиодами 2, видеокамеру 3 с объективом 4, установленную соосно с источником излучения 1, блок преобразования изображения в цифровую форму 5, управляемое ключевое устройство 6, устройство сравнения 7, блок адресации 8, регулируемый источник мощности 9, блок обработки изображения 10 и устройство управления 11, выполненное в виде компьютера. Светодиоды 2 снабжены линзами 12, кроме того, каждый из светодиодов 2 с линзой 12 снабжен механизмом регулирования наклона 13 относительно оптической оси объектива 4. Светодиоды 2 могут быть объединены в несколько групп, в результате чего светодиоды каждой группы формируют излучение определенной, характерной для данной группы длины волны. 1 илл.

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к оптическим системам технического зрения и может быть использована для определения координат различных объектов, в частности, центров отверстий.

В качестве ближайшего аналога заявляемого технического решения выбрано устройство для технического зрения, содержащее кольцевой источник излучения, образованный совокупностью расположенных по окружности светодиодов, видеокамеру с объективом, установленную соосно с кольцевым источником излучения, и схему управления и обработки информации, выполненную в виде блока питания и устройства анализа изображения (патент США 6022124, НКИ 362/247, 2000 г.). Светодиоды могут быть объединены в несколько групп, что позволяет освещать объект светом определенной длины волны, характерной для данной группы светодиодов.

Одной из возможных областей использования указанного устройства является определение центров отверстий в различных объектах. Как правило, определение центра отверстий базируется на анализе распределения интенсивности отраженного от объекта света и в этом случае точность определения центра отверстия будет зависеть от степени равномерности освещенности отверстия - чем выше равномерность, тем более четким получается изображение и тем точнее можно определить координаты центра отверстия.

В ближайшем аналоге отсутствуют средства, позволяющие обеспечить требуемый для конкретных условий измерения уровень освещенности зоны объекта, где находится отверстие. Это снижает точность определения координат центра отверстия.

Задача, решаемая заявляемой полезной моделью - повышение точности определения координат центров отверстий за счет обеспечения равномерной освещенности отверстий.

Указанная задача решается тем, что в устройстве для технического зрения, включающем кольцевой источник излучения, образованный расположенными по окружности светодиодами, видеокамеру с объективом, установленную соосно с кольцевым источником излучения, и схему управления и обработки информации, связанную с видеокамерой и источником излучения, устройство управления и обработки информации содержит блок преобразования изображения в цифровую форму, вход которого подключен к видеокамере; управляемое ключевое устройство, первый вход которого соединен с выходом блока преобразования изображения в цифровую форму, второй вход подсоединен к первому выходу устройства управления, а первый выход соединен с входом блока обработки изображения; устройство сравнения, вход которого подключен ко второму выходу управляемого ключевого устройства, а первый выход соединен с первым входом устройства управления; блок адресации, вход которого связан со вторым выходом устройства сравнения, а вход-выход подключен к входу-выходу устройства управления, и регулируемый источник мощности, первый вход которого соединен с выходом блока адресации, второй вход подключен ко второму выходу устройства управления, а выходы подсоединены к светодиодам, при этом число выходов источника мощности равно числу светодиодов.

В варианте технического решения светодиоды объединены в группы с возможностью излучения света одинаковой длины волны в каждой группе.

В варианте технического решения светодиоды снабжены линзами.

В варианте технического решения светодиоды с линзами снабжены механизмом регулирования наклона относительно оптической оси объектива.

Полезная модель иллюстрируется чертежом. На фиг.1 приведена блок-схема заявляемого устройства.

Устройство для технического зрения включает кольцевой источник излучения 1, образованный расположенными по окружности светодиодами 2, видеокамеру 3 с объективом 4, установленную соосно с источником излучения 1, блок преобразования изображения в цифровую форму 5, управляемое ключевое устройство 6, устройство сравнения 7, блок адресации 8, регулируемый источник мощности 9, блок обработки изображения 10 и устройство управления 11, выполненное в виде компьютера. Светодиоды 2 снабжены линзами 12, фокусное расстояние которых выбирается таким образом, чтобы обеспечить необходимый размер круга освещения в плоскости объекта. Кроме того, каждый из светодиодов 2 с линзой 12 снабжен механизмом регулирования наклона 13 относительно оптической оси объектива 4, что позволяет осуществлять индивидуальную регулировку положения светодиодов 2 с линзами 12 для повышения степени равномерности освещения контролируемой зоны объекта. Светодиоды 2 могут быть объединены в несколько групп, в результате чего светодиоды каждой группы формируют излучение определенной, характерной для данной группы длины волны. Выход видеокамеры 3 подсоединен к входу блока преобразования изображения в цифровую форму 5, выход которого подключен к первому входу ключевого устройства 6. Второй вход ключевого устройства 6 связан с первым выходом устройства управления 11, а первый выход соединен с входом блока обработки изображения 10. Второй выход ключевого устройства 6 подсоединен к входу устройства сравнения 7, первый выход которого связан с первым выходом устройства управления 11, а второй выход подсоединен к входу блока адресации 8. Вход-выход блока адресации 8 подключен к входу-выходу устройства управления 11, а выход соединен с первым входом регулируемого источника мощности 9, второй

вход которого соединен со вторым выходом устройства управления 11, а выходы источника мощности 9, подключены к светодиодам 2, причем число выходов источника мощности 9 равно числу светодиодов 2.

Блок преобразования изображения в цифровую форму 5, управляемое ключевое устройство 6, устройство сравнения 7, блок адресации 8, регулируемый источник мощности 9, блок обработки изображения 10 и компьютер 11 образуют схему управления и обработки информации.

Устройство для технического зрения работает следующим образом. На светодиоды 2 подается ток, и они начинают облучать заданную область поверхности объекта 14, например, отверстие 15, с целью определения координат его центра. Отраженное от объекта 14 излучение при помощи объектива 4 проецируется на видеокамеру 3, в которой формируется изображение отверстия 15. В блоке 5 кадр изображения преобразуется в цифровую форму. Затем по команде, поступающей с устройства управления 11, ключевое устройство 6 направляет первый кадр изображения в устройство сравнения 7, в котором производится сравнение интенсивности (количества градаций) каждого пиксела фотоприемника видеокамеры 3 с заданным пороговым уровнем, выделение пикселов, у которых разность между интенсивностью и уровнем порога, превышает допустимое значение, и определение их положения в координатной системе фотоприемника, т.е. определение номера строки и столбца, на пересечении которых находится данный пиксел (для фотоприемника, представляющего собой матрицу строк и столбцов), или номера строки (для линейного фотоприемника, выполненного в виде одной строки). Информация о таких пикселах передается из устройства сравнения 7 в блок адресации 8, в который заранее занесена таблица, связывающая интенсивность пиксела (или группы пикселов) кадра изображения с условиями облучения (количеством и расположением включенных светодиодов) и в устройство управления 11.

Блок адресации 8 на основании таблицы, которая может быть получена, например, на стадии калибровки устройства, определяет комбинацию светодиодов, соответствующих пикселам с определенными координатами.

В соответствии с полученной из устройства сравнения 7 информацией о распределении пикселов, интенсивность которых превышает заданный порог, и полученной из блока адресации 8 информацией о светодиодах, соответствующих указанным пикселам, устройство управления 11 формирует алгоритм регулирования мощности светодиодов 2, позволяющий получить максимальную степень равномерности освещенности заданной области объекта. Алгоритм заключается в определении светодиодов, мощность которых должна регулироваться, и величины регулируемой мощности. Согласно этому алгоритму, источник мощности 10 осуществляет регулировку мощности конкретных светодиодов.

После того, как освещение области объекта произведено при скорректированной мощности светодиодов, видеокамера 3 регистрирует второй кадр изображения. По команде, поступающей с устройства управления 11, ключевое устройство 6, передает этот кадр на блок обработки изображения 10, где производится локализация отверстия и определение координат его центра.

Процедура локализации отверстия в кадре изображения может производиться следующим образом. На изображение циклически с заданным шагом накладывается маркер и при каждом наложении вычисляется критерий попадания маркера на отверстие, причем критерием является степень симметрии границ темного участка изображения относительно центра маркера. За истинное положение отверстия принимается такое положение маркера, при котором наблюдается максимальная степень симметрии границ темного участка изображения относительно центра

маркера. Координаты центра тяжести (центроиды) темного участка изображения интерпретируются как координаты центра отверстия.

Таким образом, по сравнению с ближайшим аналогом заявляемое устройство обеспечивает более равномерное освещение отверстия, что, в свою очередь, позволяет с большей точностью определить координаты его центра.

1. Устройство для технического зрения, включающее кольцевой источник излучения, образованный расположенными по окружности светодиодами, видеокамеру с объективом, установленную соосно с кольцевым источником излучения, и схему управления и обработки информации, связанную с видеокамерой и источником излучения, отличающееся тем, что схема управления и обработки информации содержит блок преобразования изображения в цифровую форму, вход которого подключен к видеокамере; управляемое ключевое устройство, первый вход которого соединен с выходом блока преобразования изображения в цифровую форму, второй вход подсоединен к первому выходу устройства управления, а первый выход соединен с входом блока обработки изображения; устройство сравнения, вход которого подключен ко второму выходу управляемого ключевого устройства, а первый выход соединен с первым входом устройства управления; блок адресации, вход которого связан со вторым выходом устройства сравнения, а вход-выход подключен к входу-выходу устройства управления, и регулируемый источник мощности, первый вход которого соединен с выходом блока адресации, второй вход подключен ко второму выходу устройства управления, а выходы подсоединены к светодиодам, при этом число выходов источника мощности равно числу светодиодов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что светодиоды объединены в группы с возможностью излучения света одинаковой длины волны в каждой группе.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что светодиоды снабжены линзами.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что светодиоды с линзами снабжены механизмом регулирования наклона относительно оптической оси объектива.