光源照度自适应控制装置及方法

1.一种光源照度自适应控制装置，用于对带钢表面检测系统内的光源照度进行控制，该检测系统包括光源和相机，该相机用于采集该光源照射的带钢表面的图像以用于灰度分析，其特征在于，该光源照度自适应控制装置包括：
照度传感器，该照度传感器邻近该相机设置，用于对光源照射带钢表面后反射光的照度进行检测；
光源照度控制器，该光源照度控制器与该照度传感器相连接，用于接收该照度传感器检测到的实际照度值，并和预定的目标照度值进行对比，输出光源照度控制信号，所述目标照度值根据预定的相机检测图像的平均灰度值设定；
电流控制器，该电流控制器分别与该光源照度控制器和该光源相连接，用于接收该光源照度控制信号，并根据该光源照度控制信号，对输送给该光源的控制电流进行调整，其中，
所述光源照度控制信号为表示所述实际照度值和所述目标照度值之间的比例的电压或电流信号。
2.根据权利要求1所述的光源照度自适应控制装置，其特征在于，所述光源照度自适应控制装置包括多个所述照度传感器，并且所述实际照度值为所述多个照度传感器检测到的照度的平均值。
3.根据权利要求2所述的光源照度自适应控制装置，其特征在于，所述多个照度传感器以及所述相机均固定设置在一个安装底板上。
4.根据权利要求1所述的光源照度自适应控制装置，其特征在于，所述电流控制器为恒流源控制电路。
5.一种利用如权利要求1所述的光源照度自适应控制装置对光源照度进行自适应控制的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤S100，根据所述相机检测图像的目标灰度值，设定与该目标灰度值相对应的目标照度值，并将该目标照度值存储在所述光源照度控制器内，所述目标照度值根据预定的相机检测图像的平均灰度值设定；
步骤S200，利用所述照度传感器对光源照射带钢表面后反射光的照度进行检测；
步骤S300，利用所述光源照度控制器接收该照度传感器检测到的实际照度值，并和该目标照度值进行对比，输出光源照度控制信号，所述光源照度控制信号为表示所述实际照度值和所述目标照度值之间的比例的电压或电流信号；
步骤S400，利用所述电流控制器接收该光源照度控制信号，并根据该光源照度控制信号，对输送给该光源的控制电流进行调整。
6.根据权利要求5所述的对光源照度进行自适应控制的方法，其特征在于，所述光源照度自适应控制装置包括多个所述照度传感器，并且在所述步骤S300中，所述实际照度值为所述多个照度传感器检测到的照度的平均值。

光源照度自适应控制装置及方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及视觉光源检测，具体地，是一种光源照度自适应控制装置及方法。\n背景技术\n[0002] 在工业应用中，一种典型的视觉检测系统主要由光源、相机、镜头和计算机系统组成。容易理解，成功的视觉检测系统离不开合适的光源的设计。好的光源设计可以使被检测对象的特征明确区别于背景的图像特征，得到高对比度图像数据。另外，好的光源应具有合适照度，过高或过低的照度都会对成像质量造成影响，因此，设计一种适合于应用系统的光源至关重要。\n[0003] 申请号为200510051429.4的中国发明专利申请公开了一种自动调节照明设备照度的方法，其利用照度传感器测得照明设备的光源照度，并将测得的照度值与目标照度值进行对比，然后调节设备电源，使照度值达到目标值。\n[0004] 申请号为201010539240.0的中国发明专利申请公开了一种照亮照明场的设备，该设备可接收照明场的实际照度值，并根据实际照度值进行照明设备的照度控制。\n[0005] 上述公开文献虽然提出了对照度值进行调节的方案，但是，在针对不同的照明对象时，由于照明对象的表面状况未被考虑在内，而是直接通过获取光源的照度值来进行光源照度控制，因此，在针对视觉检测系统中具有不同表面状况的多种材质进行视觉检测时，例如，在对不同材质和不同表面状况的带钢进行视觉检测时，利用上述手段不能达到精确的视觉检测效果。\n发明内容\n[0006] 本发明的目的，在于解决现有的视觉检测系统中照度调整手段不能很好地应用于带钢表面检测这一缺陷，从而提供了一种创新的光源照度自适应控制装置及方法。\n[0007] 本发明的光源照度自适应控制装置，用于对带钢表面检测系统内的光源照度进行控制，该检测系统包括光源和相机，该相机用于采集该光源照射的带钢表面的图像以用于灰度分析，该光源照度自适应控制装置包括：\n[0008] 照度传感器，该照度传感器邻近该相机设置，用于对光源照射带钢表面后反射光的照度进行检测；\n[0009] 光源照度控制器，该光源照度控制器与该照度传感器相连接，用于接收该照度传感器检测到的实际照度值，并和预定的目标照度值进行对比，输出光源照度控制信号；\n[0010] 电流控制器，该电流控制器分别与该光源照度控制器和该光源相连接，用于接收该光源照度控制信号，并根据该光源照度控制信号，对输送给该光源的控制电流进行调整。\n[0011] 优选地，所述光源照度自适应控制装置包括多个所述照度传感器，并且所述实际照度值为所述多个照度传感器检测到的照度的平均值。\n[0012] 优选地，所述多个照度传感器以及所述相机均固定设置在一个安装底板上。\n[0013] 优选地，所述电流控制器为恒流源控制电路。\n[0014] 本发明还公开了一种利用上述的光源照度自适应控制装置对光源照度进行自适应控制的方法，该方法包括如下步骤：\n[0015] 步骤S100，根据所述相机检测图像的目标灰度值，设定与该目标灰度值相对应的目标照度值，并将该目标照度值存储在所述光源照度控制器内；\n[0016] 步骤S200，利用所述照度传感器对光源照射带钢表面后反射光的照度进行检测；\n[0017] 步骤S300，利用所述光源照度控制器接收该照度传感器检测到的实际照度值，并和该目标照度值进行对比，输出光源照度控制信号；\n[0018] 步骤S400，利用所述电流控制器接收该光源照度控制信号，并根据该光源照度控制信号，对输送给该光源的控制电流进行调整。\n[0019] 优选地，所述光源照度自适应控制装置包括多个所述照度传感器，并且在所述步骤S300中，所述实际照度值为所述多个照度传感器检测到的照度的平均值。\n[0020] 本发明的光源照度自适应控制装置及方法，能够根据带钢的表面反射状况，对光源照度进行自适应调整，使检测系统得到灰度一致的检测图像，从而增加成像质量，提高了系统对带钢表面的分析精度。因此，本发明的光源照度自适应控制装置及方法，可准确有效地实现对生产过程中带钢产品的表面检测。\n附图说明\n[0021] 图1为本发明的光源照度自适应控制装置的组成框图；\n[0022] 图2为本发明的光源照度自适应控制装置所应用的带钢表面检测系统的工作原理示意图；\n[0023] 图3是本发明的光源照度自适应控制装置在一个方式中的照度传感器装配示意图；\n[0024] 图4是利用本发明的光源照度自适应控制装置进行光源照度控制的流程示意图；\n[0025] 图5是在一个示例中，控制电流和照度的关系示意图；\n[0026] 图6是在一个示例中，控制电流和图像平均灰度的关系示意图。\n具体实施方式\n[0027] 以下结合附图和具体实施方式，对本发明的光源照度自适应控制装置和方法的组成、步骤以及工作原理进行详细说明。\n[0028] 总体而言，本发明的光源照度自适应控制装置，可用于对带钢表面检测系统内的光源照度进行控制。如图1、2所示，常规地，带钢表面检测系统包括一个光源1和相机2，光源\n1对带钢4进行照射，然后相机2对经照射的带钢表面进行检测，得到带钢表面图像数据，该数据进一步输送到灰度处理分析系统3中进行灰度分析，从而得出带钢表面的物理属性信息，如表面是否有划伤、夹杂、斑迹、孔洞、裂纹等质量缺陷，从而对带钢表面质量进行评价。\n[0029] 进一步结合图1，本发明的光源照度自适应控制装置，包括照度传感器10、光源照度控制器20和电流控制器30。本发明的创新之处在于，通过照度传感器10对相机2接收的光线的照度进行检测得出实际照度，利用光源照度控制器20将实际照度和目标照度进行对比，并输出控制信号对电流控制器30的输出电流进行调节，从而最终将光源的反射照度值调整至与目标照度相等，以使得相机2获取的图像灰度保持稳定，从而提高对带钢表面检测的精确性。\n[0030] 参考图1、2，更具体地，照度传感器10可以是一个，也可以优选地为多个，它由常规的能够对照度进行检测的传感器组成。照度传感器10邻近相机1设置，它用于对光源1照射带钢表面后反射光的照度进行检测。照度传感器10输出测量值至后续的光源照度控制器\n20。在一个优选的实施方式中，本发明的光源照度自适应控制装置包括多个照度传感器，并且光源照度控制器20接收到的实际照度值为多个照度传感器检测到的照度的平均值。具体地，如图3所示，示出了本发明设置有两个照度传感器11、12的情形，并且多个照度传感器\n11、12和相机均固定设置在一个安装底板6上。在图3中，两个照度传感器11、12分别设置于相机2两侧，此时光源照度控制器20接收到的实际照度值为多个照度传感器11、12所测量的照度值的平均值，从而使该实际照度值最接近于相机接收到的光线的照度。\n[0031] 继续参照图1，光源照度控制器20和照度传感器10相连接，用于接收该照度传感器\n10检测到的实际照度值，如上所述，当照度传感器为多个时，实际照度值为各照度传感器检测到的照度值的平均值。该实际照度值和预订的目标照度值进行对比，输出光源照度控制信号。目标照度值根据预定的相机检测图像的目标灰度值进行设定。该目标灰度值是指在图像的平均灰度值。设定目标灰度值，是为了克服现场出现的各种不确定因素，包括带钢类型、温度等，从而得到灰度一致的检测图像。\n[0032] 电流控制器30分别与光源照度控制器20和光源1相连接，用于接收光源照度控制信号，并根据光源照度控制信号，对输送给光源的控制电流进行调整。\n[0033] 在上述的相机检测到图像的灰度、其对应的照度以及光源控制电流之间存在着近似的线性关系。因此，在进行调整时，依照实际照度值和目标照度值的比值，输出一个比例数形式的光源照度控制信号至电流控制器30，并对控制电流按照该比值进行相应调整，即可使得光源的反射照度（即调整后检测到的实际照度值）调整为预定的目标照度，从而达到将相机采集到的图像平均灰度调整为设定值的目的。\n[0034] 例如，在一个本发明的一个示例中，带钢表面检测系统中的相机采用线阵相机，行频30kHZ，曝光时间25μs，当对光源采用不同的控制电流时，照度传感器所检测到的照度值和相机检测到的图像的平均灰度值的关系如下表所示。\n[0035] 表1电流与照度、图像灰度值测试\n[0036]\n控制电流值(A) 照度值(Lux) 图像平均灰度值\n0.30 33 35\n0.35 36 40\n0.40 39 46\n[0037]\n0.45 43 52\n0.50 45 56\n0.58 50 64\n[0038] 控制电流与照度的关系如图5所示，控制电流与图像平均灰度的关系如图6所示。\n由表1以及图5、6可以看出，控制电流、照度和平均灰度之间存在近似线性的关系，因此，可方便地通过线性比例控制来实现对控制电流的调整。光源照度控制器可利用具有数字处理功能的芯片来实现，例如CPU、微控制器、数字信号处理器等。它输出的光源照度控制信号，可以是表征实际照度值和目标照度值对应关系（例如比例值）的电压或电流信号。该光源照度控制信号进一步输送给电流控制器30，电流控制器30根据该控制信号，对输送给光源1的控制电流按照实际照度值和目标照度值的对应关系，进行相应的线性调整。电流控制器30可采用任何合适的电流控制电路。优选地，在本发明的一个实施方式中，电流控制器为恒流源控制电路。在对光源照度进行线性调整时，可采用通用的PID控制算法进行，以使得图像平均灰度值快速靠近设定值。\n[0039] 如图4所示，是利用本发明的光源照度自适应控制装置对光源照度进行控制的方法的流程示意图。其中，结合图1、2，在步骤S100，根据相机2检测图像的目标灰度值，设定与目标灰度值相对应的目标照度值，并将该目标照度值存储在光源照度控制器20内；在步骤S200中，利用照度传感器10对光源照射带钢4表面后反射光的照度进行检测；在步骤S300中，利用光源照度控制器20接收照度传感器10检测到的实际照度值，并和该目标照度值进行对比，输出光源照度控制信号；在步骤S400中，利用电流控制器30接收光源照度控制信号，并根据光源照度控制信号，对输送给该光源的控制电流进行调整。\n[0040] 如上所述，照度和灰度值呈近似线性关系，因此，在步骤S100中，首先根据检测图像的目标灰度值（即预定的检测图像的平均灰度），对目标照度值进行设定。该目标照度值即检测图像平均灰度为目标灰度时，由照度传感器所检测的照度值。在步骤S200中用于反射光照度检测的照度传感器可以是一个，也可以优选地为多个。当照度传感器为多个时，实际照度值为所述多个照度传感器检测到的照度的平均值。在步骤S300中，光源照度控制信号是一个反应实际照度值和目标照度值比例关系的控制信号，它可以一个电压控制信号，然后，在步骤S400中，该控制信号对电流控制器30的输出电流进行调整，由于输出电流与照度呈近似线性，因此最终可将光源的照度值调整至目标照度值。\n[0041] 综上所述，利用本发明的光源照度自适应控制装置及方法，可适用于对不同材质、不同环境下带钢的表面检测，这是因为，在本发明的装置和方法中，能够根据带钢的表面反射状况，对光源照度进行自适应调整，使检测系统得到灰度一致的检测图像，从而增加成像质量，提高了系统对带钢表面的分析精度。因此，本发明的光源照度自适应控制装置及方法，可准确有效地实现对生产过程中带钢产品的表面检测。