一种金属罐的图像采集装置及采集方法
【专利摘要】本发明涉及图像采集技术领域，具体涉及一种基于机器视觉检测技术的金属罐的图像采集装置及采集方法。所述图像采集装置设于金属罐生产线上，包括图像采集单元、控制单元及定位单元，所述图像采集单元包括支架及设于支架上的相机和光源，所述相机和光源同轴设置，所述光源为环形光源，设于所述相机下方；所述支架上设有调节机构；所述控制单元包括控制器和旋转器，所述旋转器用于驱动所述相机绕相机中心轴往复旋转；所述定位单元包括位置传感器及定位机构。上述图像采集装置，金属罐缺陷识别率高，且仅需一个工位一台相机，安装简便，适合复杂的工艺生产环境，具有良好的实用性和经济性。
【专利说明】
一种金属罐的图像采集装置及采集方法
技术领域
[0001]本发明涉及图像采集技术领域，具体涉及一种基于机器视觉检测技术的图像采集装置及采集方法。
【背景技术】
[0002]金属罐是市场上常见的容器，用于食品、饮料或其它物品的存放。在金属罐的生产过程中，罐体易出现凹坑、划痕、沙眼、脏污等缺陷。目前大多数工厂依然采用传统的人工法检测外观，这种检测方式存在人工成本高、易漏检误检、效率低等诸多弊端。随着基于机器视觉的检测技术在我国进入一个新的高速发展阶段，产品分类、测量、缺陷检测技术逐步应用广泛，金属罐智能检测将会是一种必然的趋势。
[0003]图像采集是基于机器视觉检测技术的基础。金属罐材质形状大小各异，采用常规图像采集方法及装置，常常存在“视场足够而缺陷不够明显”或“缺陷清晰但视场不足”的问题，因而不能得到高品质的图像，增加了后续图像处理的难度。中国201310745133.7号专利公开了一种用于镜片在线分级分拣的两级图像采集法，此方法可延拓，提高图像采集的质量，但此方法需要两工位，占用了产线的空间，提高了生产成本。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对上述基于机器视觉的金属罐检测中图像采集问题提供一种图像采集装置与方法。
[0005]为了解决上述问题，本发明采用了如下技术方案:
一种金属罐的图像采集装置，设于金属罐生产线上，包括图像采集单元、控制单元及定位单元，所述图像采集单元包括支架及设于支架上的相机和光源，所述相机和光源同轴设置，所述光源为环形光源，设于所述相机下方;所述支架上设有调节机构，用于调节所述相机和/或光源与待测金属罐之间的距离；
所述控制单元包括控制器和旋转器，所述旋转器和所述相机连接，用于驱动所述相机绕相机中心轴往复旋转，所述控制器用于控制所述旋转器的动作；
所述定位单元包括位置传感器及定位机构，所述位置传感器用于检测金属罐在生产线上的位置，所述定位机构用于固定所述金属罐以完成图像采集。
[0006]优选的，所述相机的镜头为鱼眼镜头。
[0007]进一步的，所述相机采集的图像区域为矩形区域，所述矩形区域的长和宽分别为
3、13，且满足￡^(121^(1/丨2，其中，d为待测金属罐口部外缘的直径。
[0008]优选的，所述旋转器驱动所述相机绕相机中心轴往复旋转的角度为90°。
[0009]进一步的，所述环形光源为的光源角度为0°?90°，所述环形光源的颜色为白色、红色或蓝色。
[0010]优选的，所述环形光源为60度蓝色LED环形光源。
[0011]进一步的，所述环形光源设有光源控制器，所述光源控制器用于调节所述环形光源的开关及亮度。
[0012]优选的，所述位置传感器为反射式光纤传感器，所述定位机构包括设于生产线两侧的定位架与气缸，所述定位架在气缸的驱动下旋转以固定所述金属罐。
[0013]本发明还提供了一种金属罐的图像采集方法，使用如上所述的金属罐的图像采集装置采集待测金属罐的图像，当第N个金属罐位于所述环形光源正下方时，所述相机拍摄图像No，之后所述旋转器驱动所述相机绕相机中心轴旋转ka角度后，所述相机拍摄图像Nk，其中，k=l，2，...η，η为设定的拍摄次数，a为设定的旋转角度，直至拍摄图像1后完成第N个金属罐的图像采集，然后重复上述步骤进行第N+1个金属罐的图像采集;采集相邻两个金属罐的图像时，所述相机的旋转方向相反。
[OOM]优选的，所述设定的拍摄次数n=2，相机旋转角度a=90°。
[0015]本发明的金属罐的图像采集装置，采用罐内互补图像采集法，通过旋转相机，在不同角度的视场下采集若干张金属罐的图像。采用这种方式，在相机的视场不能完全覆盖待测罐体的情形下，可以通过多次采集及后期处理得到待测罐体的完整图像，既保证了采集的图像背景光源一致，便于后期合成处理，又能使产品的缺陷部分在不同的角度下凸显出来，从而解决了产品因材质或形状等在图像采集中出现的“目标特征清晰视场不足”或“视场足够而目标特征不够明显”问题，降低了机器视觉检测技术中的漏检率，提高了产品检测精度。
[0016]作为优选方案，本发明的图像采集装置中相机的镜头使用了鱼眼镜头。采用鱼眼镜头，一是其视角范围大，视场广阔，二是变形厉害，透视汇聚感强烈，能够突出待测区域的缺陷特征。同时，本发明的装置中其光源为一定角度的环形LED光源，颜色为白色、红色或者蓝色，具体参数可以根据金属罐体的参数进行调整。优选的，光源采用60°的蓝色LED环形光源，使金属罐体待测区域的缺陷特征能够清晰的反应出来，便于拍摄处理。
[0017]当待测金属罐的尺寸固定时，可以通过选择相机镜头的参数使之视场区域为长宽分别为a、b的矩形，且满足a2d2b2dAT2，其中，d为待测金属罐口部外缘的直径。如此，可以减小相机镜头选取的难度，从而降低整个装置的成本。同时，采用这种技术方案，可使相机在拍摄一次图像后，旋转90°再进行一次拍摄，即可覆盖整个待测区域，采集到互补的图像，既提高了拍摄效率，又简化了后期处理难度，且缺陷识别率高。
[0018]本发明的金属罐的图像采集方法，使用上述的金属罐的图像采集装置采集待测金属罐的图像，缺陷识别率高，且仅需一个工位一台相机，安装简便，适合复杂的工艺生产环境，具有良好的实用性和经济性。
【附图说明】
[0019]图1为本发明的一个实施例中图像采集单元和控制单元的结构简图；
图2为图1中图像采集单元的图像采集区域示意图；
图3为本发明的一个实施例中定位单元的示意图；
附图标记说明:1_控制器;2-旋转器，3-相机，4-环形光源，5-罐体;6-图像区域，7-气缸，8-定位架，9-位置传感器，I O-传送带。
【具体实施方式】
[0020]为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
[0021]在本发明的一个实施例中，一种设在生产线上的金属罐的图像采集装置，包括图像采集单元、控制单元及定位单元。
[0022]如图1所示，图像采集单元包括支架(图中略去支架)和安装在支架上的相机3和环形光源4，其中，相机3和环形光源4同轴设置，光源位于相机下方。支架上设有调节机构，可以调节相机和/或光源与待测金属罐之间的距离。控制单元包括控制器I和旋转器2，旋转器2和相机3连接，用于驱动相机3绕其中心轴往复旋转，控制器I用于控制旋转器2的动作。
[0023]作为优选方案，相机3为工业面扫描相机，其镜头为工业鱼眼镜头。特别的，本实施例中，选取视场角为130度的工业鱼眼镜头，从而可得到较大的视场。同时，鱼眼镜头变形厉害，透视汇聚感强烈，能够突出待测区域的缺陷特征，便于检测。
[0024]作为优选方案，环形光源4的光源角度为0°?90°，颜色为白色、红色或蓝色。特别的，本实施例中，环形光源4为60度蓝色LED环形光源。采用这种光源，能够使金属罐上的缺陷特征突出的显示出来，便于采集。另外，环形光源4还设有光源控制器，用于调节光源的开或关及亮度。
[0025]如图3所示，定位单元包括位置传感器9及定位机构。位置传感器9为反射式光纤传感器，用于检测金属罐在传送带10上的位置。定位机构包括汽缸7和定位架8，用于固定金属罐以完成图像采集。
[0026]如图2所示，当待测金属罐的尺寸固定时，可以通过选择相机4镜头的参数，使其视场区域6的长宽a、b满足a >d>b> ?/f 2，其中，d为待测金属罐口部外缘的直径。如此，一来可以减小相机镜头选取的难度，不用选取视场区域能够覆盖整个待测金属罐的镜头，从而降低整个装置的成本。
[0027]另一方面，采用这种技术方案，相机在拍摄一次图像后，旋转若干角度再进行几次拍摄，即可覆盖整个待测区域，提高了拍摄效率。同时，由于采集同一个金属罐的图像时背景光源恒定，且采集到的是互补的图像，从而简化了后期处理难度，且缺陷识别率高。
[0028]特别的，本实施例中，视场区域6经旋转90度后，两次拍摄的图像即可覆盖整个金属罐的待测区域，仅需一个工位一台相机即可完成图像采集，节约了产线空间和装置成本。
[0029]采用上述的图像采集装置采集金属罐的图像时，相机3、环形光源4及金属罐5同轴，环形光源4在金属罐5正上方一定距离，相机3、环形光源4及金属罐5间的距离均可根据实际需要调节。环形光源4发出的光线经罐体内壁反射后进入相机镜头。
[0030]金属罐5在生产线传送带10上匀速行驶，当位置传感器9探测到金属罐5时气缸7驱动定位架8关闭，金属罐5定位。同时，相机4进行第一次图像采集;之后，相机4旋转90度后进行第二次图像采集，然后定位架8打开，金属罐5继续前行。当位置传感器9探测到下一个金属罐时定位架8再次关闭，相机重复上述采集过程。
[0031]采用上述方法，金属罐缺陷识别率高，且仅需一个工位一台相机，安装简便，适合复杂的工艺生产环境，具有良好的实用性和经济性。
[0032]以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种金属罐的图像采集装置，设于金属罐生产线上，包括图像采集单元、控制单元及定位单元，其特征在于: 所述图像采集单元包括支架及设于支架上的相机和光源，所述相机和光源同轴设置，所述光源为环形光源，设于所述相机下方；所述支架上设有调节机构，用于调节所述相机和/或光源与待测金属罐之间的距离； 所述控制单元包括控制器和旋转器，所述旋转器和所述相机连接，用于驱动所述相机绕相机中心轴往复旋转，所述控制器用于控制所述旋转器的动作； 所述定位单元包括位置传感器及定位机构，所述位置传感器用于检测金属罐在生产线上的位置，所述定位机构用于固定所述金属罐以完成图像采集。2.如权利要求1所述的金属罐的图像采集装置，其特征在于:所述相机的镜头为鱼眼镜头。3.如权利要求2所述的金属罐的图像采集装置，其特征在于:所述相机采集的图像区域为矩形区域，所述矩形区域的长和宽分别为a、b，且满足a >d>b> dAT2，其中，d为待测金属罐口部外缘的直径。4.如权利要求3所述的金属罐的图像采集装置，其特征在于:所述旋转器驱动所述相机绕相机中心轴往复旋转的角度为90°。5.如权利要求1所述的金属罐的图像采集装置，其特征在于:所述环形光源为的光源角度为0°?90°，所述环形光源为的颜色为白色、红色或蓝色。6.如权利要求5所述的金属罐的图像采集装置，其特征在于:所述环形光源为60度蓝色LED环形光源。7.如权利要求5所述的金属罐的图像采集装置，其特征在于:所述环形光源设有光源控制器，所述光源控制器用于调节所述环形光源的开关及亮度。8.如权利要求1-7任一项所述的金属罐的图像采集装置，其特征在于:所述位置传感器为反射式光纤传感器，所述定位机构包括设于生产线两侧的定位架与气缸，所述定位架在气缸的驱动下旋转以固定所述金属罐。9.一种金属罐的图像采集方法，使用如权利要求1-7任一项中所述的金属罐的图像采集装置采集待测金属罐的图像，其特征在于:当第N个金属罐位于所述环形光源正下方时，所述相机拍摄图像No，之后所述旋转器驱动所述相机绕相机中心轴旋转ka角度后，所述相机拍摄图像Nk，其中，k=l，2，...η，η为设定的拍摄次数，a为设定的旋转角度，直至拍摄图像1后完成第N个金属罐的图像采集，然后重复上述步骤进行第N+1个金属罐的图像采集;采集相邻两个金属罐的图像时，所述相机的旋转方向相反。10.如权利要求8所述的金属罐的图像采集方法，其特征在于:所述设定的拍摄次数η=.2，相机旋转角度α=90°。
【文档编号】G01N21/892GK105938110SQ201610137701
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月11日
【发明人】徐琼, 陈静, 郑博宇
【申请人】杭州利珀科技有限公司