控制闪光照明的系统和方法

专利名称：控制闪光照明的系统和方法
技术领域：
本发明涉及通过使用瞬时光源为精密机器视觉检查而选择光源通道并控制光强和方向的系统和方法。
背景技术：
通常，用于操作机器视觉检查系统的方法是已知的，该系统具有照相机和工作台，它们可以彼此相对移动以便聚焦并检查工作台上工件的选定特征。精密机器视觉检查系统可以用于获取被检查物体的精确尺寸测量结果并用于检查各种其它的工件特征。
这种系统可以包括计算机、照相机和/或光学系统以及精密工作台，该工作台可以在多个方向上移动以允许照相机扫描正被检查的工件的特征。一个示例性的现有技术的系统是商用的Quick VisionTM系列视觉检查机器和QVPak软件，它们可以从Illinois州Aurora市的Mitutoyo America公司(MAC)获得，该系统的类型特征可以是通用“离线”精密视觉系统。
这种通用“离线”精密视觉系统通常包括可编程的照明系统和带有各种放大透镜以增大图像系统多用性的透镜旋转盘，并且该系统能够迅速改变用于该视觉系统的配置和成像参数以执行种类广泛的检查任务。普遍需要用各种放大和可编程照明设置的组合来检查各种类型的物体或工件或单个工件的各种方面。
像Quick VisionTM系统这样的通用精密机器视觉检查系统一般也是可编程的并且是可操作的，以提供自动的视频检查。这种系统可以包括使该系统的编程和操作简单化的特征和工具，使得操作和编程可以由“非专业的”操作人员来可靠地执行。例如，美国专利6,542,180示出了一种使用自动视频检查的视觉系统，该专利整体引用在此作为参考。基于特征图像的多个选定区域，该系统执行操作以调节用于照明工件特征的发光。
成像系统广泛用于检查通过制造过程传送过来的工件。像机器视觉检查系统这样的设备通常用照相机拍下工件的图像，并且通过识别图像中相关特征的边缘来处理拍下的图像以验证各种工件尺寸。

发明内容
在图像中检测边缘的精确定位和可重复性取决于图像拍摄期间工件的照明。因工件照明的次最佳方向导致的特定照明投影可能会产生边赝像或边移动。过分曝光或曝光不足可能会减弱精确检测边缘的能力，并且减小测量的可重复性。为增大产量，可能要使工件保持移动，即使在图像拍摄期间。为使因移动所引起的模糊最小化，这对照明系统增加了额外的负担。这些因素常常限制特征边缘在图像内定位的精确度，和/或图像拍摄期间能够容忍的速度。由此，非常期望工件照明控制技术中将会有改进。
各种示例性的实施例提供了用于使工件成像的闪光照明所对应的系统和方法。示例性的系统可以包括照明源、图像获取设备和控制系统。作为工件的瞬时闪光或脉冲，照明源可以发出适合使工件成像的一种或多种可见或非可见辐射波长的光。瞬时闪光或脉冲可以响应于灯触发而出现。照明源可以按某一照明强度发光，在一次闪光持续期间，该照明强度从开始阈值上升到峰值，之后减小到结束阈值。图像获取设备可以俘获曝光持续期间内与工件相关联的光线，该曝光持续期间开始于对曝光触发的响应。控制系统可以控制照明源和图像获取设备以在曝光持续时间和闪光持续时间之间提供期望的重叠。曝光持续时间的开始可以比灯触发提前一个灯滞后周期。可以设置灯触发以同步或调节曝光持续时间结束和闪光照明强度分布之间的定时关系。
在各种示例性的实施例中，曝光触发可能对应于工件相对于机器视觉检查系统所用的坐标空间的预定位置。
在各种示例性的实施例中，这种系统可以进一步包括空间光调制器(SLM)，它形成一个阵列以控制和/或分配来自一个或多个照明源的光线。该阵列可以包括用来选择性地阻挡光线、朝着各自的发光通道(比如，各个光纤束)部分透射或透射光线的多种元件。各个发光通道可以引导光线沿着通路从各自的位置和/或相对于工件的入射角投射出受控的照明。


参照附图，各种细节描述如下图1示出了示例性的通用机器视觉检查系统；图2更为详细地示出了该示例性机器视觉检查系统的控制系统、视觉组件系统和光源系统的方框图；图3更为详细地示出了光源系统和发光控制接口的方框图；图4示出了用于空间光调制器控制的示例性图形用户界面；图5示出了包括空间光调制器的示例性发光系统的示意性布局图；图6示出了当使各种材料按不同放大倍数成像时所获得的示例性相对灰度级强度的条形统计图表；图7示出了与闪光照明和曝光控制相关联的示例性照相机和闪光触发的时序图；图8示出了与光发生器和视觉测量机器相关联的示例性控制器信号的方框图；图9示出了示例性的光通道的示意性布局图，它包括结构化的光通道和空间光调制器；图10示出了功率设置和相应的闪光持续时间之间的示例性类属关系；并且图11是示出了使用闪光光源和空间光调制器为一个或多个光源提供多级照明度的一种示例性方法的流程图。
具体实施例方式
下面的详细描述提到了用于放大图像获取的多通道闪光照明。闪光照明源可以是氙气闪光灯。不过，此处所描述的原理可以同样应用于任何已知的或随后开发出的瞬时照明源，超越此处所讨论的示例。
此处所提供的用于机器视觉检查的示例性系统和方法可以与下列专利文献中所揭示的系统和方法结合使用以提高机器视觉检查的处理量，下列所引用的专利其全部内容被包括在此作为参考2003年11月24日提交的申请号为10/719,210(代理标签116523)的美国专利，涉及自动聚焦；和/或2004年7月29日提交申请的申请号为10/901,355(代理标签119793)的美国专利，涉及闪光照明；和/或2003年5月7日提交申请的申请号为10/435,625的美国专利，涉及提高机器视觉检查系统的处理量。
美国专利6,542,180和6,239,554中揭示了可用于确定最佳光线设置的各种方法和GUI，用于确定估算最佳聚焦位置的快速自动聚焦系统和相关联的光线调节系统可使用该方法和GUI，这些专利以其整体内容引用在此作为参考。另外，美国专利6,690,474揭示了用于测量表面轮廓的技术，其整体内容引用在此作为参考。
图1是根据本发明的通用可编程机器视觉检查系统10的示例性实施例的方框图。机器视觉检查系统10可以包括视觉测量机器200，视觉测量机器200可以可操作地被安排与控制系统部分120交换数据和控制信号。
控制系统部分120可以进一步可操作地被安排与监视器136a、打印机136b、操纵杆138a、键盘138b和鼠标138c中的至少一个交换数据和控制信号。视觉测量机器200可以包括可移动的工件工作台210和光学成像系统205，光学成像系统205可以包括变焦透镜或大量的可互换镜头。变焦透镜或可互换镜头通常可以为光学成像系统205所产生的图像提供各种放大。
操纵杆138a可以用于控制可移动的工件工作台210在x和y轴水平方向上的移动，这种移动通常平行于焦平面并垂直于光学成像系统34的z轴移动方向。Z轴移动常常受控于操纵杆138a的把手或球形门把手的可旋转偏转组件。操纵杆138a可以不是图示的样子，比如，监视器136a上的任何视觉表示或窗口小部件，它们可以旨在充当机器视觉检查系统10的“虚拟移动控制设备”并且可通过任何电脑输入设备(比如，鼠标138c或其它类似设备)来控制。
图2示出了机器视觉检查系统10’的详细方框图，它是机器视觉检查系统10的示例性实施例，它包括控制系统部分120、视觉测量机器200，另外还包括可控制的光发生系统300。控制系统部分120可以被安排与视觉测量机器200和光发生系统300交换数据和控制信号。
控制系统部分120可以包括控制器125，控制器125可以与下列传递信息或连接输入/输出接口130、存储器140、工件程序发生器和执行器170、计算机辅助设计(CAD)文件特征提取器180和电源部分190。控制系统部分120也可以被安排通过输入/输出接口130与显示设备136和输入设备138交换数据和控制信号。
输入/输出接口130可以包括成像控制接口131、移动控制接口132、发光控制接口133和透镜控制接口134。移动控制接口132可以包括位置部分132a和速度及加速部分132b。发光控制接口133可以包括发光通道曝光和控制部分135。
控制系统部分120的各种元件通常可以包括硬布线电路、软件电路、子例程、对象、操作、应用编程接口、管理程序、应用程序、或者任何其它已知的或随后开发的硬件或软件结构。显示设备136可以包括监视器136a和打印机136b(图1)。输入设备138可以包括操纵杆138a、键盘138b和鼠标138c(图1)。通常，通过任何适合的已知的或随后开发的电源和/或信号总线、无线通信信号和/或应用编程接口等，控制系统部分120的各种元件可以可操作地彼此相连并连接到外部设备。在整个控制系统部分120中，在仅作示例而非限制的互连排布中，这种互连通常是由各种互连线路195来表示的。
光发生系统300可以包括一个或多个光发生器310和空间光调制器(SLM)350以控制光线从光发生器310到多个光通道的分布，这在下文中进一步描述。光发生器310和SLM350可以被安排通过各自的电源和信号线311、351与光通道曝光和控制部分135交换数据和控制信号。光发生器310的多个灯(未示出)中的至少一个可以用在闪光照明操作模式中，以使非常快的光发生器响应时间(在微秒或纳秒范围中)与合适的光功率等级结合起来。在各种示例性的实施例中，光发生器310可以包括高强度氙(Xe)闪光灯。不过，通常，可以使用其发出的波长在照相机260的检测范围之内的任何光发生器。下面进一步描述光发生系统300的各种特征。
视觉测量机器200可以包括光学组件205、光源，光源包括工作台光源220、共轴光源230和可编程环形光(PRL)光源240。工件工作台210可以包括中心透明部分212，光线从工作台光源220中穿过该中心透明部分212。工作台210可以沿x和y轴受控地移动，x和y轴所处的平面基本上与工作台210的表面平行，工件或目标20可能就位于该表面上。
工作台光源220可以通过光缆221接收来自SLM 350各个通道的光线，以通过透明部分212发送光线222。提供光线222的各组件可以被视为机器视觉检查系统10’的第一光通道。共轴光源230可以通过光缆231接收来自SLM350各个通道的光线，以将光线232发送给配备共轴镜233的分束器，而共轴镜233可引导被发送的光线232通过物镜250。提供光线232的各组件可以被视为机器视觉检查系统10’的第二光通道。可编程的环形光(PRL)光源240可以在工件20上方和周围形成环形以便按可控的角度向工件20发出光线242。PRL光源240的一种示例性结构可以包括在环形光四周各个四分之一圆周上排列的四个环形光光源240a到240d。四个光源240a到240d可以通过各个光缆241a到241d接收来自SLM350的各个通道的光线。各种光缆可以包括光纤束等。PRL光源240可以构成单独可控的多个光源的组合。提供光线242的各个部分的各组件可以被视为机器视觉检查系统10’的四个附加光通道。
可以按已知的或被告知的位置将工件20放置在工作台210上。通过探测工作台210和/或工件20的宏观的位置，控制系统部分120可以精确地确定在哪儿拍摄工件图像从而执行各种工件特征的检测。
存储器140可以包括图像文件存储器部分141、工件程序存储器部分142和视频工具部分143。视频工具部分143可以包括兴趣范围发生器143x和各种单独的视频工具143a到143m，它们可以包括各自的GUI接口、图像处理操作等，用于辅助用户执行各种检查操作和/或为各种检查操作编程。兴趣范围发生器143x提供了各种操作，它们可以辅助用户定义要被分析或被操作的兴趣范围，它们是’180专利中所描述的各种视频工具143a-143m。
存储器140可以存储数据和/或“工具”，它们可用于操作机器视觉检查系统10来拍摄或获取具有期望图像特征的工件20的图像。存储器140可以进一步存储数据和/或视频工具，它们可用于操作机器视觉检查系统10来人工地或自动地对所获取的图像进行各种检查和测量操作，并通过输入/输出接口130和数据和/或控制总线和/或控制器125来输出结果。存储器140也可以包含利用数据和/或控制总线和/或控制器125来定义通过输入/输出接口130可操作的GUI的数据。
光学组件205可以包括照相机或图像获取设备260、可互换的物镜250、透镜旋转盘组件280和共轴光源230。物镜250和照相机260可以沿照相机轴对齐。通过使用可控的马达294，光学组件205可以沿与x和y轴正交的z轴受控地移动。机器视觉检查系统10的x、y、z轴中的每一个都可以用各自的x、y、z轴位置编码器(未示出)来装备，这些编码器通过适当的信号和/或控制线路(未示出)将空间位置信息提供给控制系统部分120。照相机260可以包括电荷耦合二极管(CCD)阵列或CMOS阵列或任何其它合适的探测器阵列以便基于从工件20处接收到的光线来提供图像。
透镜旋转盘组件280可以包括两个或多个单独的透镜286、288，它们可以绕旋转轴284旋转以分别定位于照相机260和物镜250之间的光路中从而与物镜250组合在一起提供各自的图像放大。控制系统部分120可以旋转透镜旋转盘组件280以提供期望的图像放大。通过电源和信号线或总线262、281、296，输入/输出接口130可以与照相机260、透镜旋转盘组件280和马达194交换数据和控制信号。x、y、z轴位置编码器(未示出)的各个信号和/或控制线路也可以与输入/输出接口130进行信息传递。除了传送图像数据以外，信号线262可以传送来自控制器125的各种信号，这些信号为照相机260设置了图像获取像素范围，信号线262还可以启动图像获取照相机操作序列和/或相似的操作。
除了之前讨论的组件以外，机器视觉检查系统10的光学组件205可以包括其它透镜和/或其它光学元件，比如光阑、分束器以及其它类似设备，比如可能需要提供期望的机器视觉检查系统特征。
要用机器视觉检查系统10对其成像并检查的工件20可以放置在工作台210上。一个或多个光源220、230、240可以发出光线222、232、242，这些光线可以照射工件20。光线可以被工件20反射回来或从工件20中透射过去成为工件光线255，工件光线255穿过可互换的物镜250和透镜旋转盘组件280中透镜286、288之一而被照相机260接收。由照相机260拍摄的工件20的图像可以通过信号线262输出到控制系统部分120。
可以调节工作台210和光学组件205之间的距离以改变由照相机260所拍摄的工件20的图像的聚焦。例如，通过使用可控马达294(它可以驱动致动器、连接缆线或其它类似设备以使光学组件205沿z轴移动)，光学组件205可以在与工作台32垂直的方向上(z轴)移动。此处所讲的术语z轴是指用于聚焦由光学组件205所获得的图像的轴。可控马达294当被使用时可以通过信号线296与控制系统部分120进行通信。
控制系统部分120可以用于确定图像获取设置或参数和/或用于获取工件20的图像，工件20的图像具有兴趣范围内的期望图像特征，这些特征包括要被工件程序指令检查的工件特征。这种工件成像指令可以被工件部件编程发生器和执行器170编码，并通过数据和/或控制总线和/或应用程序接口195被发送给其它组件。显示设备136和输入设备138可以用于查看、创建和/或修改部件程序，以查看由照相机260所拍摄的图像，和/或查看和/或修改用于监视和/或控制机器视觉检查系统10’的各种GUI特征。物理移动可以受控于移动控制接口132。
为实现对照相机260的物理移动的控制，移动控制接口132可以接收来自x、y、z轴位置编码器的位置信息，并且可以通过数据和/或控制总线和/或应用程序接口195发送位置改变控制信号。通常，这种指令可以使机器视觉检查系统10’操纵工作台210和/或照相机260，使得工件20的特定部分可以处于照相机260的视场之内并可以提供期望的放大、期望的聚焦状态和适当的照明。针对检查工件20的过程中要拍摄的一组图像中的多个图像中的每一个，可以重复该过程。
图3详细示出了包括光通道和曝光控制部分135的发光控制接口133以及光发生系统300的示例性方框图。光通道和曝光控制部分135可以包括定时和同步化部分135a、SLM控制部分135b和光发生器控制部分135c。SLM控制部分135b可以通过信号线或信息转移通路(buss)351连接到SLM350。光发生器控制部分135c可以通过电源和/或信号线或信息转移通路311连接到光发生器310。
光发生器310可以发出光线314照明SLM350上的照明区域315。SLM 350一般可以透光、部分透光或阻挡光。SLM 350可以包括在照明区域315之内多个各自可控的孔径。一般，通过使光线314透射、部分透射到各个光通道或阻挡光线314，各个孔径可以为机器视觉检查系统的各个光通道提供照明控制。在图3所示的示例中，这些孔径包括工作台光通道孔径321、共轴光通道孔径331和PRL光通道孔径341a、341b、341c、341d。各个孔径321、331、341a-341d可单独控制被发送给各个光缆221、231、241a-241d(图2)的光线314的量通过各个光源220、230、240a-240d被输出。
SLM 350可以包括用于提供各个孔径的快门排列。该快门可以是任何已知的或以后开发的类型，能够按期望的图案提供可控的光发射和光阻挡功能。在各种实施例中，如果该快门也可以用于部分透射光线则很有利。例如，这种SLM可以用于选择性地透射、衰减和/或阻挡来自光发生器310的光线。这种SLM的一个示例可以是来自苏格兰Dunfermline地区CRL_Opto的微显示图形阵列，它包括一般可由常规视频信号来控制(如果期望这样的话)的LCD像素阵列，并且可以用于显示以电子技术产生的8位灰度图案，该图案可以根据其灰度值来透射、部分透射或阻挡通过该图案的任何给定像素的光线314。在这种情况下，各种孔径可以构成图案的特征，并且可以按常规的视频速率来控制该图案。或者，在各种实施例中，可以使用包括定制的期望孔径图案的定制LCD。应该理解，SLM 350允许一个光发生器310独立地向多个光通道提供可控的发光，同时也允许来自多个光通道的光线完美地同步化，例如，就像在图像获取期间一个光发生器310进行闪光那样。与各个光通道单独使用光发生器相比，使用一个光发生器310也可减小成本和尺寸。
或者，SLM 350可以包括任何已知的或以后开发的可控反射快门，它们可以按期望的图案提供可控光偏移。在这种情况下，光发生器310可以安排得使光线314不到达各个光通道，除非可控反射快门或像素通过使光线按特定角度朝着各个光通道反射和/或偏移“透射”该光线。例如，与图3成对比，反射SLM可以按规定沿相对于光线314成45度角的平面定向，并且反射阵列元件可以沿该平面对准，通过按直角使光线314反射和/或偏移以到达各个光通道，从而朝着各个光通道发射光线。为了有效地“阻挡”光线314到达各个光通道，通过使用单独可控的LCD阻挡元件来改变其单独的角度或阻挡其各自反射的光路，可以禁止反射阵列元件或像素按直角反射光线314。可使用的可控反射快门阵列的示例包括苏格兰Dunfermline地区CRL Opto的硅上液晶(LCOS)微显示产品以及得克萨斯州Plano地区得州仪器DLP产品的数字光投影仪(DSP)微镜产品。在这种情况下，各个孔径可以构成反射图案的特征，并且可以按常规的视频速率来控制该图案。尽管微镜类型的设备可能不提供部分透射的像素，但是应该理解，需要时可通过有效地减小其孔径大小，使用微镜设备实现的光通道孔径可以可替换地使被发送给特定光通道的光线衰减。例如，通过改变用于形成孔径的像素结构，可以减小孔径直径。
如上所述，如果光发生器310的多个灯中的至少一个可以在闪光照明操作模式中用来提供非常快的光发生器响应时间(在微秒或纳秒范围中)与适宜的光功率等级结合，则是有利的。这种照明特别利于在继续移动工作台210的同时允许工件的成像(图2)，这可增大机器视觉系统10’的处理量。光发生器310的一个示例可以包括一个或多个高强度发光二极管(LED)，比如，从加州San Jose地区Lumileds Lighting有限公司中可以获得的LuxeonTM产品线中的多种LED中的一种，它可以用于连续波(CW)和闪光照明，美国专利申请10/719,210中对此有过描述。在各种示例性的实施例中，CW光源可以包括高强度放电(HID)金属卤化物灯和/或石英卤素灯。
在各种示例性实施例中，闪光发生器可以包括高强度氙(Xe)闪光灯，比如，加州PerkinElmerOptoelectronics of Fremont的CX-StrobeTM系列的CX-1500氙气闪光灯。CX-1500氙气闪光灯可以照明在250纳米到多于1100纳米之间的波长的电磁波谱。在各种实施例中，对来自闪光灯的光线进行滤光可能是期望的，以减小热和/或色散。例如，滤光片可以将390纳米(紫色)到750纳米(红色)之间的可见光传递到光通道。不过，在各种实施例中，其它波长也是期望的。CX-1500氙气闪光灯可能以16Hz到35Hz的重复频率来循环，其脉冲持续时间在8到10微秒。在600VDC下，CX-1500氙气闪光灯可以产生256毫焦的辐射测量输出和205流明-秒的光度测定光输出，该光输出可以被导入0.9”(23毫米)直径的光纤波导中。
应该理解，通用机器视觉系统可以对许多种工件成像，其中某些可能具有低反射率表面。此外，可能需要放大图像。此外，可能需要快速曝光，快速曝光能够对移动着的工件进行成像。所有这些因素倾向于减小图像曝光期间积累的光量，这在下文中会进一步讨论。由此，强度非常高的闪光灯可以有利于提供一种多功能的机器视觉检查系统。
定时和同步化部分135a可以提供用于发送和接收控制信号的操作，该控制信号使SLM 350、光发生器310、照相机260与机器视觉检查系统10’的定位同步。SLM控制部分135b可以为各个光通道提供控制，通过控制SLM 350的开关时序、对比度和孔径图案(如果适用的话)。光发生器控制部分135c可以提供用于光发生器310的一个或多个灯或LED等的功率等级、触发信号和开关定时的控制。光发生器控制部分135c也可以对辅助光源(如果适用的话)作光路控制，下文会进一步描述。
图4示出了示例性的SLM设置和控制GUI 400，它包括SLM图像域410和控制窗口420。SLM图像域410示出了一个示例性的孔径图案，它包括工作台光通道孔径表示431、共轴光通道孔径表示421以及PRL光通道孔径表示441a、441b、441c、441d。各个孔径表示可以对应于SLM 350的孔径321、331、341a-341d。控制窗口420包括工作台光通道孔径控制531、共轴光通道孔径控制521和PRL光通道孔径控制541a、541b、541c、541d，它们控制着相似标号的孔径表示以及一组相对应的控制信号，这组控制信号可被编成控制SLM 350。例如，当SLM 350是LCD像素阵列时，可控制该像素阵列，使得用于控制像素阵列的灰度值对应于在SLM图像域410中所示的像素的灰度值。
如图4所示的示例，双交叉阴影背景表示SLM 350的阻光区域。工作台光通道孔径表示431示出了相似的双交叉阴影，表示相应控制531的显著阻光设置。共轴光通道孔径表示421示出了未填充的区域，表示相应控制521的显著透光设置。PRL光通道孔径表示441a、441b、441c、441d示出了单交叉阴影，表示相应控制541a、541b、541c、541d的部分透光设置。SLM图像域410中孔径表示421、431和441a-441d的布局可以直接对应于SLM 350的孔径321、331和341a-341d的物理布局，并对应于光缆221、231、241a-241d的输入端的物理布局(图2)，它们可以保持在与SLM 350最近的固定位置中，使得它们可适当对准以接收从相应孔径中发送过来的光线。图4所示的特定布局是示例性的而非限制性的。其它结构也是可能的和预期的。将会理解，参照图4所描述的孔径控制的各个方面，也可能按人工、半自动或自动控制作为SLM控制135b的功能。因此，可以对孔径321、331、341a-341d采取这些和其它人工、半自动或自动控制措施，以支持机器视觉检查系统10’的各种学习模式和/或运行模式操作。
控制窗口420可以包括具有“滑块”控制的面板以及相应的数字设置、其它滑块控制、数字显示和无线电按钮以调节并显示选定的参数，这些参数可能控制各个光通道的光强及其在SLM图像域410中的表示。PRL面板可以包括“联动”PRL无线电按钮425，该无线电按钮425表示PRL源240a到240d是否彼此联动，即是否被调节到相同的设置，而非单独被控制。
滑块控制刻度可以表示要由相应孔径发射的强度的范围(从没有到满度)。滑块控制指针和数字显示器可以表示各个光源强度已经设置好的选定值。数字显示可以表示横跨二进制整数灰度范围28的数字量，从255处的全照明到0处的没有照明。在所示的示例中，工作台控制面板531示出了71的低等级数值，共轴控制面板521示出了234的高等级数值，而所有的PRL控制面板541a-d示出了130的中等数值。PRL无线电按钮425示出了PRL源在本示例中组合在一起了。
背景无线电按钮426可以指示显示背景的选择，要么是白色要么是黑色，本示例中示出的是黑色(双交叉阴影)。在运行的设置模式中，“移动”刻度427V和427H的各个滑块控制可以用来调节SLM图像域410中所示孔径图案沿垂直(V)和水平(H)方向受限的范围中的位置。SLM350的孔径图案的实际位置可以用相应的方式来控制。SLM 350的实际孔径图案与光缆221、231、241a-d的输入端物理布局相对的排列情况可以位于最接近SLM 350的一固定位置处，这种排列情况可以由直接的观察来监控，或通过监控穿过各个光通道等的光传输信号，直到用“移动”控制使各个孔径与各个光缆恰当地对准。然后，相应的“校正”设置可以存储在SLM控制135b中，以便在机器视觉检查系统10’正在运行期间使用。
图5示出了光发生系统300的示例性示意布局图，该系统300包括光发生器310和空间光调制器350。准直透镜312可以接收来自CW灯316(比如，HID灯)或氙气闪光灯317之一的光线314。它们可能基本上都具有椭圆镜。旋转式的镜子313可以旋转以使HID灯316或闪光灯317将光线透射过准直透镜312。在第一位置316b中，来自HID灯316的光线被镜子313阻挡，氙气闪光灯317可以直接照射到准直透镜312上。在第二个位置317b中，来自氙其闪光灯317的光线被镜子313阻挡，并且来自HID灯316的光线可以被反射到准直透镜312中。
无论哪种情况，光线314可以穿过准直透镜312，并且作为被准直或大致准直的光线被引导至SLM 350。在图5所示的示例中，光线314可以穿过孔径317，孔径317可以定义照明区域315(图3)，并且光线314可以接着穿过滤光片318以阻挡可能带来有害效应(比如，不期望的发热，或图像模糊等)的那些波长。例如，在一些应用中，与主成像波长相比，电磁波谱紫外部分波长的聚焦可能不同并使图像恶化。该光线可能接着穿过之前讨论过的SLM 350的各个孔径并进入光缆排列319中与各个孔径对准的各个光缆，而被发送到照明源220、230和240的各个位置。光缆排列319的光缆输入端可以插入对准与安装盘(未示出)，该盘具有多个孔洞，可容纳光缆的末端并按一种与SLM 350的孔径图案相匹配的对准方式将它们固定。安装盘可以按与SLM 350接近或齐平的方式来安装，并且也可以在各孔径输出和光缆末端之间充当光挡板或阻隔，以减少光通道之间杂散光的“串扰”。图9示出了可选的结构，下文会进行描述。
图6示出了针对特定放大情况下各种工件表面用典型的照相机和不变的照明所观察到的相对平均灰度强度的示例性柱状图600。在1、2、6倍放大的情况下，沿横坐标610列出了若干种材料，这包括软盘、褐色连接器、有纹理的金属、半成品印刷电路板(PCB)、集成电路(IC)导线，白色连接器、金属镜和玻璃镜。沿纵坐标620的8位相对平均灰度强度的范围为0到255，其中零是没有强度而255代表照相机饱和或过分曝光。
从柱状图中可以看出，放大倍速的增大减小了聚焦的光线和照相曝光的量，并且一般将需要更多量的光以提供充分的照相曝光。此外，较暗的材料(比如，软盘)可能比较亮的材料(比如，白色的连接器)或镜面反射材料(比如，镜子)需要更多的光量。各种材料所接收的曝光量和放大倍数的差异证明了，在通用机器视觉检查系统中，各种放大表面的成像和检查所需的光等级可能差异很大。事实上，如果要避免各种材料的低放大成像所对应的饱和值，并且如果要将各种材料的更高放大成像所对应的低照明值提高到可接受的成像水平，则可能要求在许多量级的范围内可以调节照明强度。因此，需要一种照明系统，它能够提供异常宽的动态范围和精确控制的有效照明。
为增大处理量，可能要在工作台210仍然移动的同时对放置在工作台210上的工件20进行成像。在图像放大和工作台速度选定的条件下，可能需要高强度和短持续时间的闪光灯闪光以在足够短的曝光时间中充分照明工件20，从而避免工件移动期间的图像模糊。为了在短照明和/或曝光持续时间内实现期望的照明动态范围，极亮的闪光灯(比如，氙灯)可能是有利的。对于许多类型的灯(它们可能包括LED、激光器等，此处都使用术语“灯”)，在被触发之后，闪光“分布”可以在光强方面随时间而变化，开始是逐渐的初始上升，之后是快速增大，一段平稳，快速减小以及更缓和的衰减。所期望的是，用这种闪光分布在很宽的动态范围中提供一种可靠且一致的照明曝光。
图7示出了成像所用的闪光脉冲触发控制和照相机整合周期所对应的示例性等时线图。图像的曝光等级可以由照相机在曝光持续期间整合在一起的瞬时光等级来确定。曝光持续时间通常由闪光持续时间限制，或者，当使用CW照明或“很长的”照明脉冲时，由照相机整合周期来限制。不过，精密机器视觉检查系统的目标之一是提供不随工件的不同而变化的高度一致的精密测量图像，比如，边测量等，它们构成了精密检查的基础，除非工件真正改变，它们才随工件的不同的而不同。因此，为了减轻从一个闪光到另一个闪光的衰减部分的有效持续时间中的变化(这种变化会导致总的图像曝光照明中出现不可接受的变化)，可以期望通过在闪光周期内一致的时间处终止照相机整合周期来缩短闪光的衰减部分。此外，应该理解，使用氙灯时，改变闪光持续时间的能力可能是有限的，并且闪光持续时间可能固有地少于典型的最小照相机整合周期。因此，所期望的是在一致的控制情况下使闪光所提供的有效曝光照明减小若干量级。
图700包括五条等时线。第一条等时线710表示图像获取触发信号715，该信号715基于工作台210的x、y、z轴坐标(图2)开始于Tpta这一位置触发时刻，这些坐标可能对应于位于照相机260的视场中的工件特征。
第二等时线720表示照相机整合持续时间725，它可以具有可编程的持续时间(Tei-Tsi)，可短至数十个微秒，长至几个毫秒。受控持续时间可以是基于高速时钟而控制的，因而相对一致。照相机整合持续时间725可以始于整合开始时间Tei，并结束于整合结束时间Tsi。在一些实现方式中，整合开始时间可能出现在位置触发时间Tpta已被用于启动照相机整合周期之后的离散等待时间周期(Tsi-Tpta)处。不过，等待时间周期可能相对一致些。
第三等时线730表示闪光开始信号735，该信号735始于用来启动闪光的脉冲触发时间Tpt。在一些实现方式中，脉冲触发时间Tpt可能基于相同的高速时钟，该高速时钟被用于确定照相机整合持续时间725。因此，脉冲触发延迟周期(Tpt-Tsi)可以是可编程的，它基于高速时钟并相对一致。脉冲触发时间Tpt的开始可以启动第四条等时线740所表示的闪光脉冲强度分布。该闪光强度可以呈现出瞬时的分布，在衰减之前上升到峰值745，这在下文中会进一步描述。
第五条等时线750表示曝光相关的坐标位置锁存信号755，它始于锁存时间Ttxyz，该时间Ttxyz可能与有效的或标称的曝光时间一致。在锁存时间Ttxyz处，工作台210或工件20的x、y、z坐标可以与所获得的图像相关联，可以存储到存储器140之中。在下面的表格1中总结了在图像获取周期内按出现顺序罗列的等时线事件的描述。
表格1

闪光脉冲强度分布始于脉冲触发Tpt，它具有一个开始的逐渐上升，直到闪光在时刻Tsp有效开始。在快速上升到峰值745之后，闪光可能迅速下降到时刻Tep处闪光的有效结束点，再继续衰减，很少提供附加照明能量，像图7所示的那样。对于特定的实现方式和特定的灯，脉冲触发时间Tpt和有效脉冲开始时间Tsp之间的等待时间周期可以相对一致。此外，对于给定时间周期(Tep-Tsp)，特定灯的强度分布和在特定工作电压下所提供的照明能量可以相对一致。
如上所述，使用氙灯时，改变闪光持续时间的能力可能是有限的，并且闪光持续时间可能固有地小于典型的最小照相机整合周期。因此，在一致的控制下，为使闪光所提供的有效曝光照明减小一定量级，所期望的是，照相机曝光在闪光的有效结束时间Tep之前一个可预计并一致的时刻结束。如上所述，脉冲触发延迟周期(Tpt-Tsi)基于高速时钟是可编程的并相对一致。相似的是，可编程的照相机整合持续时间(Tei-Tsi)基于相同的高速时钟是可编程的并相对一致。此外，在脉冲触发时间Tpt和有效脉冲开始时间Tsp之间的等待时间周期可能相对一致。因此，对于给定的闪光周期(Tep-Tsp)和相关联的分布，可以通过选择和/或编程该可编程的照相机整合持续时间(Tei-Tsi)和脉冲触发延迟周期(Tpt-Tsi)来控制有效的曝光照明，使得照相机整合结束时间Tei在闪光分布期间一个可预计的时刻处结束，并且截短并确定有效的图像曝光照明。即，为了在很宽的动态范围内控制有效的图像照明，在闪光分布期间，有效的图像曝光照明可能与闪光一起开始，即在照相机整合周期开始之后一小段时间，并且可能与照相机整合周期一起结束。当然，通过设计和/或实验以及校正或存储的结果，所有上述等待时间都可以针对特定的机器、灯、电压电平等而被校正或被确定，可以很容易确定提供了期望的或校正的照明度的定时、工作电压等的组合。
图8示出了示例性的示意方框图，它包括示例性的与控制系统部分120、视觉测量机器200和光发生系统300诸部分相关联的控制器信号，就像图2和3所示的那样。控制系统部分120包括成像控制接口131，它可以包括帧数据采集器、移动控制接口132和SLM控制部分135b(图3)。移动控制接口132可以包括移动控制器。光发生系统300可以包括光发生器310、SLM 350和SLM接口部分135b’。定时和同步化部分135a可以与光发生系统300一起，或被光发生系统300包在其中，以便于改进光发生系统300的应用。
光发生系统300可以与SLM控制部分135b、定时与同步化部分135a(图3)和视频分路器810一起运行。定时与同步化部分135a和SLM控制部分135b可以是光通道曝光和控制部分的组件(图2)。视觉测量机器200(图2)包括照相机260和光源220、230、240以照明工件20。共轴镜子233将来自共轴光源230的光线朝着工件20引导。
照相机260可以接收来自成像控制接口131的信号，并且可以通过视频输入820经成像控制接口131发送图像数据。照相机260也可以在串行通信装置830之间接收并发送信号。数字监控器840和/或模拟监控器850可以显示与SLM 350相关的信息(例如，作为实现SLM设置和控制GUI 400的一种手段，参照图4对其有描述)。SLM控制部分135b可以将SLM视频信号提供给视频分路器810和数字监控器840。视频分路器810可以将视频信号提供给定时与同步部分135a、SLM接口部分135b’以及模拟监控器850。例如，提供给SLM接口部分135b’的视频信号可以是常规的视频信号，并且SLM接口部分135b’可以接收视频信号并将该视频信号解码为数字控制信号以便操作可能包括LCD像素阵列的SLM 350，以产生期望的孔径结构和运行状态。通常，这种SLM接口解码器可以从LCD像素阵列显示器的许多制造商那里获得，比如，之前提到的LCD阵列的制造商。
定时与同步化部分135a可以接收来自移动控制接口132的位置触发输出信号(例如，参看图7的715)(常规的移动控制器可以被编程为提供这种位置触发)，并且将相关信号转发给成像控制接口131(图8中的“OptoTRIG”)以保持参照图7所描述的定时关系。成像控制接口131可以将曝光触发信号提供给照相机260以启动照相机整合周期的开始(例如，参看图7的725)，并将脉冲触发(例如，参看图7的735)提供给光发生器310，光发生器310可以将光线提供给SLM 350以便分布到光源220、230、240。基于被包括在成像控制接口131中的高速时钟，脉冲触发信号可以相对于曝光触发信号延迟一个可编程的量。该可编程的延迟与被编程的照相机260整合周期一起(有可能有各种一致的定时等待时间)可以被用来控制有效的图像曝光照明，这在之前参照图7描述过。高速时钟和可编程整合周期和脉冲触发信号延迟可以在各种商用帧数据采集器中得以实现。
定时与同步部分135a可以将位置锁存触发信号(例如，参看图7中的755)提供给移动控制接口132，以在与有效图像曝光时间相对应的某一时刻锁存工作台210或工件20的x、y、z坐标。例如，基于已知的脉冲触发信号时间和已知的照相机整合周期，定时与同步化部分135a可以提供与有效的图像曝光时间最佳对应的锁存时间，使有效的图像曝光周期的定时(例如，参看图7的Tei-Tsp)被人知道。例如，对于很短的有效图像曝光周期，位置锁存定时设置在周期(Tei-Tsp)的中间就够了。或者，对于更精确的有效图像曝光时间，基于实验所确定的已知的闪光强度分布，可以在在周期(Tei-Tsp)的强度加权平均时间处设置位置锁存时间。基于与提供给成像控制接口131(图8中的“OptoTRIG)的信号相关的延迟，用来确定有效图像曝光时间的脉冲触发信号时间可以在定时与同步部分135a的内部被确定，或者，当它被发送到光发生器310时，基于与同步化部分135a平行地发送脉冲触发信号，可以确定所使用的脉冲触发信号时间。
此处描述了选定组件的示例。串行通信装置830可以表示接口控制工具。控制系统部分120可以包括具有SLM控制部分135b的个人计算机底板，它是由Matrox双视频接口(DVI)子板和包括Corona II帧数据采集器的成像控制接口131提供的，这两者可以从加拿大St-Régis Doral(魁北克)的Matrox ElectronicSystem有限公司获得。视觉测量机器200可以使用Quick VisionTM控制来控制各种光源。来自苏格兰Dunfermline地区CRL-Opto的微型显示图形阵列和相关电子器件可以提供SLM接口部分135b’和SLM 350。移动控制接口132可以包括移动控制器，例如，可从加利福尼亚州Rocklin地区的Galil Motion Control获得的DMC-XXXX系列移动控制卡之一，或者作为之前描述的Quick VisionTM系统一部分而提供的移动控制卡。
图9示出了光发生系统300’的可选结构的示意性布局图，它包括用来提供结构化的光源945的光源通道。通常，光发生系统300’与参照图5所描述的光发生系统300相似，因此，将只描述重要的差别。在第一部分中，提供了光线314，就像之前参照图5所描述的那样。
光线314可以被引导通过光纤束光导管910，然后作为准直光314’通过孔径317、滤光片318和SLM 350，它们位于光发生系统300’的第二部分中。光发生系统300’的第二部分可以包括旋转式镜子920，它与旋转式镜子313相似。在第一部分912a中，光线314’可以直接照射到之前描述的光缆排列319中，以提供所有之前描述过的照明功能。
或者，除了上述示例性的孔径图案以外，SLM 350可以是可控元件，它可以包括或可被配置或可被编程来形成结构化的光图案。例如，结构化的光图案可以按期望节距包括普通的亮(透光的)和暗(阻光的)条纹图案，并且可以用之前描述过的LCD像素阵列来形成。在这种情况下，通过SLM350的准直光314’将可以提供平行光条纹的光场。在第二个位置921b中，旋转镜可以使平行的光条纹在被发射之前先通过聚焦和/或放大和/或准直透镜930，以提供结构化的光源945，该光源945可以被用来照明工件20(图2)。结构化的光源945可以安装在固定的和/或已知的位置沿着相对于机器视觉检查系统10’的光轴成一已知角度排列的某一个轴朝着工件20发出平行光条纹。因此，工件20表面上的结构化的光图案的图像可以与已知的结构化的光三角测量技术相结合来使用，以确定工件20沿z轴方向剖面的相对大小。美国专利6,690,474中包括了与LCD阵列和结构化的光技术有关的各种相关内容，其整体内容引用在此作为参考。
应该理解，在可以实现SLM 350从而使得各个通道孔径可以部分透射的实施例中，当使用之前描述的LCD像素阵列时，SLM 350可以有利地用于增大有效图像曝光照明的动态范围。即，除了之前描述过的由用于控制照相机整合周期和闪光定时的措施所提供的动态范围控制以外，LCD像素阵列或定制的LCD元件等的灰度控制都可以并行地与任何前述的技术一起使用，以提供附加的照明动态范围。
表格2示出了各种因素，它们可以按各种组合来使用以提供期望的照明度，这包括部分透射型的SLM的使用。行1示出了LCD像素阵列可以提供可变的照明衰减，衰减由8位灰度等级命令控制。不过，在实践中，在透射光中观察到的实际变化等级大约限于150∶1。行2示出了LCD像素阵列可以提供对所有像素立刻有影响的可变的“亮度”衰减，并且可以提供在透射光中观察到的实际变化等级，大约1.2∶1。行3示出了氙气闪光灯可以提供可变的“亮度”，这取决于其工作电压电平，并且氙气闪光灯可以提供在所提供的透射光中观察到的实际变化等级，大约17∶1。行4示出了氙气闪光灯通常提供了比典型的最小照相机整合周期要短的有效的曝光时间，因此，对于闪光曝光，照相机曝光周期的全部持续时间都不用于影响该曝光。不过，如上所述，可以设置脉冲持续时间以便停止图像曝光从而有效地截断闪光分布的部分。行5示出了脉冲触发延迟(例如，参看图7的Tpt-Tsi)，它支配着照相机整合周期和闪光分布之间的相对定时，可以按40纳秒时间步进调节。即以40纳秒时间步进，闪光分布可以选择性地从图像曝光中去除。在实践中，通过使用该控制措施而在透射光中观察到的实际变化等级可以接近250∶1。行6和7示出了可能随机器的不同和灯的不同而变化的因素。通常，对这些变化进行校准和/或补偿是期望的。整体上，根据表格2，在一组相对精确控制和可重复的增量中，可以组合着使用所有这些技术，以提供有效的图像曝光照明动态范围(约765,000∶1)。
表格2

图10是曲线图1000，它示出了在连续照明期间的光设置(功率设置)(在参考或标准曝光时间期间它是令人满意的)与由线条1010、1020、1030表示的许多闪光功率等级所对应的各别闪光持续时间之间的示例性一般关系。当使用上述光发生系统300或300’和各种系统与方法时，通过控制上文参照图7和8所描述的各种定时关系便可以实现特定的闪光持续时间。
图10的横坐标可以对应于连续照明期间的光设置(功率设置)，该设置可以产生令人满意的“静止”工件图像，该图像可以在整个参考或标准曝光时间内获得，比如，常规照相机的帧速率。这种照明和曝光方法可以是常规的，并且可以很好地适用于人工操作和训练模式操作(牵涉机器操作人员)期间的视觉机器的操作。图10的纵坐标可以对应于在给定闪光功率的情况下要实现与连续照明期间光设置(功率设置)相等价的图像强度(即要对该光源实现相同的总曝光照明能量)所必需的闪光持续时间。
当使用参考或标准曝光时间时，特定的总曝光照明能量可以被定义为对应于特定的连续照明度。该能量可以被特定的闪光平均功率等级(它直接确定相应的所需的闪光持续时间)分隔成第一近似。各个示例性的闪光功率曲线1010、1020、1030可以反映出与各曲线上各点相一致的各个闪光灯功率设置。因此，与沿较低功率曲线1020、1010上的相应(垂直对准的)点的操作相比，沿较高功率曲线1030上的任何点的操作可以允许更短的闪光持续时间。当使用上述光发生系统300或300’和各种系统与方法时，更高的闪光功率等级可以对应于更高的闪光灯工作电压，和/或用于控制SLM 350所用的LCD像素阵列的像素使其完全透射。较低的闪光功率曲线可以对应于较低的闪光灯工作电压，和/或用于控制SLM 350所用的LCD像素阵列的像素使其部分透射。
为了提供最短的可能持续时间并产生其移动相关的模糊最少且上升距离中不确定性最小的图像，在任何闪光功率曲线较低的左端运行是有好处的。
在不考虑其它照相机响应和其它类似设备的情况下，各闪光光源可以固有地具有最大可允许功率等级，该因素可以确定最快的被允许的闪光持续时间。较高的功率曲线1030一般表示这种最大的功率等级。对于最大的或选定的功率等级和期望的工作点，如线条1040所表示的那样，可以接着确定相应的闪光持续周期。
闪光持续周期可以提供所需的匹配的总曝光照明能量。线条1050、1060一般表示可选的设置，通过使用与各闪光功率等级相对应的各闪光持续时间，这些设置可用于提供期望的照明度。此外，对于沿纵坐标定义的期望的闪光持续时间，在图1000中横坐标和纵坐标数值交叉处可以确定相应的所需的闪光灯功率。
操作人员可以输入控制参数，比如，工件位置、光源强度混合等，以人工地、半自动地或自动地检查一个或多个工件。下面的表格3示出了可以被输入的参数类型示例。可以提供的参数有工件图像获取位置、工作台速度、放大倍数、光强等。
表格3

表格3中的参数只是示例，在特别的情况下，更多或更少或可替换的参数是与不同设备设计相兼容所必需的。
控制参数可由操作人员来确定，该操作人员将样品工件20(图2)放置在工作台210上(图2)并确定最佳的位置、放大倍数、发光等，以便用这些参数来执行图像拍摄从而获得最佳结果。操作人员可以用各种参数组合来使样品工件20成像，并观察照相机260(图2)所拍摄的图像，并评估是否恰当地确定了边缘。在获得一组可操作的参数之后，操作人员可以输入作为编程后的控制参数的那些参数值。
控制系统部分120可以处理由操作人员设立的控制参数(该参数可以在训练模式的静态成像条件下获得)，并在自动检查模式的连续移动条件下将它们转变为用于动态图像拍摄的适当的控制命令。例如，为了在自动检查程序执行期间实现最高的处理量或最佳的精确度等，连续的图像获取位置和各光源要提供的相关的总照明能量可以由操作人员在训练模式中设立，测量路径、速度、对应于各光源的SLM设置、对应于各光源的有效闪光持续周期等可以通过控制系统部分120(图2)中的适当处理和/或分析而达到最佳。在已经产生用于自动检查程序的动态图像拍摄控制命令之后，该控制命令(和控制参数)可以存储在存储器140中以便随后检索和使用。
在处理控制参数和/或从存储器140(图2)中检索控制命令之后，控制系统部分120将图像获取位置参数、相关的光控制命令信息和任何其它合适的信息下载到发光控制接口133和/或光通道曝光与控制部分135和/或光发生系统300，并且可以控制其它系统组件执行检查过程。在各种应用中，可以期望的是，使用光发生系统300的专门处理和确定性的定时，以在具有足够精确度的情况下在高速移动路径上期望的位置处同时控制多个光源的高速光脉冲图案。例如，在接收到来自光发生系统300的位置信息之后，移动控制器132可以接收工作台速度信息并命令工作台210移动工件20，光发生系统300可以接收来自控制系统部分120的控制命令并将该控制命令处理成特定的数据以控制图像拍摄操作。
所拍摄的图像可以被视频工具部分143处理。图像拍摄周期可以不断重复直到针对各工件20(图1)完成了全部检查图像次数，并且控制系统部分120发出对应于下一个(如果有的话)工件20的下一个位置信号。
图11是一种示例性方法1100的流程图，该方法针对机器视觉检查系统中的一个或多个光源而使用了闪光光源和空间光调制器以提供期望的照明度。为了确定可用来在运行模式操作期间提供闪光照明的各种光控制参数，在机器视觉检查系统10’的学习模式操作期间，可以执行图11所示的操作。该方法始于步骤S1105并继续到步骤S1110，其中可控的SLM的光通道孔径可以被设置为对应于由用户选定来照明待检查的工件特征的一个或多个光源。例如，对于用户选定的光源，SLM可以被控制为将相应的光通道孔径设置为“关”状态。选定的光通道孔径可以暂时地被设置为“开”状态。接着，该方法可以继续到步骤S1120，其中机器视觉检查系统输入与各选定的光源相关联的光功率或强度设置。光功率或强度设置可以由用户基于实时图像的观察来人工确定，同时用户在学习模式操作期间自动地或基于美国专利6,627,863(该专利整体引用在此作为参考)所示出的方法来调节光源。在一些实现方式中，光功率设置为零可以表示光源的“关”设置，并且步骤S1110和S1120可以合并或不可区分。
在步骤S1130中，机器视觉检查系统可以分析步骤S1120中所输入的光功率和强度设置，并基于该光功率或强度设置来确定闪光分布和照相机整合周期之间的定时关系和/或闪光灯工作电压，使得在照相机整合周期期间被整合的闪光照明可提供对所有选定的光源通道而言与其光功率或强度设置相比都已足够的照明度。对应于已确定的定时和/或电压等级的控制参数可以存储在存储器中和/或在适当的电路或例程中得到实现。相对应的闪光照明度可以超过某些或全部光源通道所对应的各个光功率或强度设置，如果可控的SLM可用于使传输到各个光源通道的光线衰减的话。在确定步骤S1140中，可以确定在步骤S1130中所确定的定时和/或电压等级是否足够为各选定光源提供所期望的光功率和/或强度设置。如果这样，则操作可以跳到步骤S1160。否则，操作继续到步骤S1150。在步骤S1150中，在SLM中调节各光通道孔径以提供各自的部分透光设置和/或各自的孔径大小，该孔径大小可提供某一水平的光透射衰减，这种衰减可为各光通道提供期望的光功率和/或强度等级。应该理解，可以在SLM中减小光通道孔径大小而非调节像素灰度等级等，或除了调节像素灰度等级等以外还可以在SLM中减小光通道孔径大小，以此使通过光源通道孔径的光传输衰减。应该理解，在步骤S1150中，可以单独针对各个光源通道孔径调节SLM，使得针对各个光源通道使一个闪光经不同的衰减，以在单次闪光期间为多个光源提供期望的照明度组合。
在可选的步骤S1160中，通过用该设置来获取并评估工件图像，便可以测试步骤S1130-S1150中所确定的光控制设置。例如，在学习模式期间，用户可以在机器视觉检查系统的显示器上观察所得到的图像，并接受或拒绝该图像。如果该图像被拒绝，可以对光控制设置进行改进并对其再进行测试，直到可接受的图像产生。不过，如果对特定的图像而言图像照明并不关键，和/或如果各种光控制设置足够精确和/或被校准后使得在无需确认已确定的设置的情况下就可以获得可靠的照明度，则步骤S1160可省略。在步骤S1170中，在步骤S1130-S1160中确定的最终光控制设置可以被应用于获取工件图像，该工件图像适合于学习模式检查操作和/或被记录在随后可用于自动高速检查的部分程序中。该过程接着可以结束于步骤S1175。
本领域的技术人员将认识到并会理解用于控制闪光照明的系统和方法的各种功能可以以任何方式在任何数量(例如，一个或多个)的硬件和/或软件模块或单元、计算机或处理系统或电路中得到执行。控制系统部分可以集成到孤立的系统之内，或者可以单独地被执行并通过任何通信介质(例如，网络、调制解调器、直接连接、无线传输)耦合到任何数目的设备、工作站计算机、服务器计算机或数据存储设备。
控制系统进程可以由任何数目的设备或处理系统(例如，IBM兼容机、Apple、Palm Pilot、Blackberry)来实现。计算机系统可以包括市售的或定制的操作系统(例如，Windows、Macintosh、Unix、Linux、OS/2、DOS)以执行任何市售的或定制的软件(例如，Quick VisionTM)和任何类型的输入设备(例如，键盘、鼠标、麦克风、I/O端口、无线接收机)。要理解，闪光照明控制的软件可以用任何期望的计算机语言(例如，C、C++、Java、Fortran、Lisp、SQL)来实现，并且可以基于此处所包含的功能描述用计算机和/或编程领域中普通技巧之一来开发。此外，这种软件可以通过任何合适的介质(例如，被存储在磁的或光学设备上，比如CD-ROM或磁盘)来获得或发布，(经分组和/或载波信号)从互联网或其它网络中下载，(通过载波信号)从公告牌系统中下载，或通过其它常规的发布机制来获得。
应该理解，各种上述的和其它的特征与功能或其替换都可以组合到许多其它的不同系统或应用中。此外，本领域的技术人员可能接下来会做出各种目前未预见的或意料之外的替换、修改、变化或改进，它们都旨在被权利要求书所包括。
权利要求
1.一种系统，用于控制由机器视觉系统中多个单独光通道所提供的图像曝光闪光照明，所述系统包括照相机；闪光照明源，所述闪光照明源发出可被所述照相机用来成像的辐射；可控空间光调制器，所述可控空间光调制器提供了多个可控的单独光通道孔径，这些孔径定位成接收所发射的辐射；控制系统部分，用于控制所述空间光调制器；以及与所述多个单独光通道相对应的多个单独光缆，所述多个单独光缆定位成接收从各光通道孔径中发出的辐射，其中，所述空间光调制器被控制成确定所述多个可控的单独光通道孔径中的哪一个将所发射的辐射发送到其相应的光缆。
2.如权利要求1所述的系统，还包括至少一个结构化的光通道，其中所述可控的空间光调制器被控制成提供一种结构化的光图案，这种结构化的光图案被定位成接收所发射的辐射，并按相应的结构化的光的形式将所发射的辐射发送到所述至少一个结构化的光通道。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空间光调制器被进一步控制成确定由所述各个光通道孔径在将所发射的辐射发送到其相应的各个光缆之前提供的各自的衰减，由此进一步控制所述图像曝光闪光照明。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，由所述各个光通道孔径的灰度控制和所述各个光通道孔径的大小控制中的至少之一来确定所述各自的衰减。
5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制系统部分进一步控制在所述照相机的图像整合周期与所述闪光照明源发射的辐射脉冲分布的时序之间的至少一种定时关系，以进一步控制所述图像曝光闪光照明。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述定时关系使所述图像整合周期在所述闪光照明源发射的辐射脉冲分布期间结束，使得所述脉冲分布的其余部分并不影响所述图像曝光。
7.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制系统部分进一步控制所述闪光照明源的工作电压以进一步控制所述图像曝光闪光照明。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空间光调制器包括LCD像素阵列。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述闪光照明源包括氙气闪光灯。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，使用软件参数调节所述多个可控的各个光通道孔径中至少某一个的位置，使得所述多个可控的各个光通道孔径中所述的至少某一个按期望的程度与相应的各个光缆对准。
11.一种方法，用于控制由机器视觉系统中的多个光通道提供的图像曝光闪光照明，所述方法包括从闪光照明源中发出辐射，所述辐射可被所述机器视觉系统的照相机用来成像；并且操作所述机器视觉检查系统的控制系统部分以控制空间光调制器，所述空间光调制器提供了多个可控的光通道孔径，这些孔径被定位成接收所发射的辐射，其中所述机器视觉系统包括与所述多个发光通道相对应的多个光缆；所述各个光缆被定位成接收从各个光通道孔径中发射的辐射，并且操作所述机器视觉检查系统的控制系统部分以控制所述空间光调制器这一步骤包括，确定所述多个可控的光通道孔径中的哪一个将所发射的辐射发送到其相应的各个光缆。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述机器视觉系统包括至少一个结构化的光通道，并且所述方法进一步包括操作所述机器视觉检查系统的控制系统部分以控制所述空间光调制器从而提供结构化的光图案，所述结构化的光图案被定位成接收所发射的辐射并按相应的结构化的光的形式将所发射的辐射发送到所述至少一个结构化的光通道。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，操作所述机器视觉检查系统的控制系统部分以控制所述空间光调制器这一步骤进一步包括控制所述空间光调制器，以便在将所发射的辐射发送到其相应的各个光缆之前确定由所述各个光通道孔径所提供的各自的衰减，由此进一步控制所述图像曝光闪光照明。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，通过控制所述各个光通道孔径的灰度和所述各个光通道孔径的大小中的至少之一，来确定所述各自的衰减。
15.如权利要求13所述的方法，还包括操作所述机器视觉检查系统的控制系统部分，以控制在所述照相机的图像整合周期与所述闪光照明源所发射的辐射脉冲分布时序之间的至少一种定时关系，从而进一步控制所述图像曝光闪光照明。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述定时关系被控制成使所述图像整合周期在所述闪光照明源所发射的辐射脉冲分布期间结束，从而所述脉冲分布的剩余部分不影响所述图像曝光。
17.如权利要求13所述的方法，还包括操作所述机器视觉检查系统的控制系统部分以控制所述闪光照明源的工作电压，从而进一步控制所述图像曝光闪光照明。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述空间光调制器包括LCD像素阵列。
19.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述闪光照明源包括氙气闪光灯。
20.如权利要求11所述的方法，还包括操作所述机器视觉检查系统的控制系统部分，以便用软件参数调节所述多个可控单独光通道孔径中至少某个的位置，使得所述多个可控单独光通道孔径中的所述至少某个按期望的程度与相应的各个光缆对准。
全文摘要
各种示例性实施例可以提供用于工件闪光照明的系统与方法。该系统可以包括照明源、图像获取设备和控制系统。照明源可以发出可见光、UV或近红外光作为对工件的瞬时闪光，该瞬时闪光响应于灯触发而出现。照明源可以按某一照明强度发出光线，在闪光持续时间期间，该照明强度从开始阈值上升到峰值，之后减小到末端阈值。图像获取设备可以捕获从曝光触发开始的一段曝光持续时间内与工件相关联的光线。控制系统可以控制照明源和图像获取设备以使灯触发同步化，所以曝光持续时间在闪光持续时间期间结束，使得闪光的剩余部分不影响图像曝光。
文档编号G03B15/02GK1905633SQ20061010864
公开日2007年1月31日 申请日期2006年7月26日 优先权日2005年7月29日
发明者P·G·格兰德尼克, J·D·托比亚森 申请人:株式会社三丰