专利名称：一种产品质量检测嵌入式照相机设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种检测装置，尤其涉及一种基于机器视觉的产品质量检测嵌入 式照相机设备。
背景技术：
目前，产品质量检测是工业生产中必不可少的一个重要环节，传统的人工仅速度 慢也难以达到较高的正确率。近年来，随着图像处理和模式识别技术的发展以前计算机水 平的提高，在有些场合，企业开始采用机器视觉系统替代人工进行工件产品的检测，例如对 工作产品进行测量、分类和判别等。机器视觉设备检测与人工检测相比在检测速度和准确 性上都具有明显优势，采用机器视觉检测设备有利于提高生产效率、提升产品质量，特别是 在一些危险、污染等不适合人工操作的地方，机器视觉的优点更加明显。传统的机器检测设 备成本高、体积大、结构松散，部件开发难度大、使用烦琐，不利于生产线安装。工业界十分 需要小型、低成本的机器视觉检测设备。国内尚缺乏功能完善的通用小型机器视觉控制器， 仅有一些功能单一的专用产品，不能满足日益多样化的产品质量检测需要，更难以直接快 速的用于新产品的检测。
发明内容有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种产品质量检测嵌入式照相机设 备，该产品质量检测嵌入式照相机设备成本低、体积小、结构紧凑、部件通用性强且设置简 单，对提高企业生产效率，控制产品质量十分有益，用于产品质量检测。为达到上述目的，本实用新型的装置是这样实现的采用软硬件结合的设计思想，利用图像检测任务的共同点，构建统一的图像获取 硬件平台和图像处理部件平台，针对常见测量对象，设计了多种视觉检测工具，适当组合使 用这些视觉检测工具，可以满足多种应用环境的要求。一种产品质量检测嵌入式照相机设备，其特征在于，该产品质量检测嵌入式照相 机设备包括主机设备和一套参数设置部件，其中主机设备的硬件包括一个照相机保护外壳，照相机保护外壳下方设置有镜头，照 相机保护外壳内靠近镜头的位置设有用于采集图像和接口驱动的图像采集板，图像采集板 上插有一用于图像处理的图像处理板，图像采集板和图像处理板之间通过数据传输接口进 行数据交换；在图像采集板上装有CMOS感光芯片，用于将被测物体经过镜头所成的图像转换 成数字信号，并经过数据传输接口传送到图像处理板中，图像处理板上有处理器，负责对图 像数据进行处理；图像采集板上还安装有综合接口和以太网接口，综合接口集成了数字10、串行通 信、视频、电源接口，通过综合接口传送外接传感器信号或图像数据处理结果，图像处理板 用于与参数设置部件的通信；综合接口和以太网接口从照相机保护外壳的后面板引出，照相机保护外壳的后面板上还有三个LED指示灯，用于电源指示和运行状态指示； 主机设备内部部件部分包括硬件驱动程序、系统部件、视觉检测工具、相机设备网 络通信模块和配置文件；其中，硬件驱动程序负责对硬件的直接操作，实现各种底层操作； 系统部件负责整个相机设备的工作控制，根据配置文件中的运行参数调用相应的视觉检测 工具并为用到的各个工具分别加载相应的参数，从而实现对产品图像进行机器视觉检测； 相机设备网络通信模块协助系统部件完成与参数设置部件的网络通信；参数设置部件包括视频显示模块、检测设置模块、参数保存模块和相机设备参数 设置模块；参数设置部件整体基于PC网络通信基础之上，参数设置部件与主机设备通过以 太网连接，视频显示模块实时显示主机设备通过以太网传输过来的视频图像，检测设置模 块以可视化的编程方式选择视觉检测工具并加以适当的组合和设置，参数保存模块将用户 的设置以配置文件的格式加以保存并下载到主机设备中，相机设备参数设置模块包含有相 机设备分辨率、曝光时间、RGB增益参数设置选项，用户根据需要在相机设备参数设置模块 设定相机设备硬件参数。视觉检测工具分为三类12种，第一类为定位工具，包括基于轮廓特征的定位工具 和基于特征点的定位工具两种；第二类为检测工具，包括几何测量测量工具、条形码识别工 具、二维码识别工具、颜色和灰度检测工具、字符识别、区域匹配检测工具和轮廓缺陷检测 工具共八种工具；第三类为分析输出工具，包括产品等级判定工具和I/O控制工具两种。三类工具中，同类工具可并行运行，不同类工具可串行运行。视觉检测工具的组合方式以及具体工具的参数以配置文件格式形式存储。因此，本实用新型的产品质量检测嵌入式照相机设备，不仅体积小，成本低，安装 和使用方便，而且还有比较强的通用性。该产品质量检测嵌入式照相机设备提供了多种机 器视觉检测工具，用户根据具体以可视化的方式对这些检测工具进行选取与组合，实现部 件定制，快速适应各种产品的检测。检测工具涉及尺寸测量、条形码、二维码识别，字符识 另IJ，颜色、灰度识别，特征匹配，缺陷检测等机器视觉检测方法，并可以自动校正工件的旋转 和平移。
图1为本实用新型系统结构图；图2为本实用新型主机设备硬件结构图；图3为本实用新型主机设备部件结构图；图4为本实用新型参数设置部件结构框图。具体结构
以下结合附图及具体实施例对本实用新型再作进一步详细的说明。如图1-4所示，本实用新型的产品质量检测嵌入式照相机设备结构图图1中，该产 品质量检测嵌入式照相机设备包括一台主机设备和一套参数设置部件。其中主机设备硬件 部分包含图像采集板和图像处理板各一块；主机设备部件部分系统部件和视觉检测工具两 部分。参数设置部件在PC机上运行。产品质量检测嵌入式照相机设备的主机设备安装在生产线上，加上传感器、执行 器的配合构成机器视觉在线检测系统。使用前，用户可以通过运行于PC机上的参数设置部件经过以太网连接到主机设备对主机设备的各种参数进行设置，完成设置后主机设备即可 独立运行。 主机设备的照相机保护外壳下方设有镜头接口，上边可以加装标准CS型镜头。外 界光线通过镜头进入智能相机设备内部。外界物体通过镜头在CMOS感光芯片上成像，当图 像处理板发来采集指令后，CMOS感光芯片将图像信息转换成数字信号再经过接口送到图像 处理板中。图像采集板上还有接口驱动电路和供电电路，并对外提供一个三排15针D型 头接口，其中包括+5V供电接口中，四路隔离数字输入、三路隔离数字输出，RS232/RS422/ RS485可切换的串行总线接口，监控视频输出接口。通过这些接口智能相机设备可以完成与 外部传感器、执行器、监视器等设备的通信。图像处理板包含处理器DSP、SDRAM、FLASH、串口扩展芯片、以太网接口芯片等器 件。图像处理板上的处理器DSP是系统的核心运算单元，它运行主机部件，处理来自图像采 集板的图像数据，并将处理结果通过数字I/O、串线总线或者以太网输出，以供生产线控制 或者企业信息管理系统的数据收集使用。图像处理板提供一个以太网接口，通过以太网相 机设备可以与参数设置部件进行通信，实现处理参数的设置和下载。其他网络设备也可以 通过网络访问相机设备取得生产线检测的相关数据。主机设备部件的系统部件负责管理系统硬件平台，适当调用各种视觉检测工具完 成智能相机设备的整体运行，实现机器视觉检测功能。本产品质量检测嵌入式照相机设备 向用户提供了三类共12种检测工具，同类工具可以并行运行，不同类工具之间可以串行运 行，使用时，根据存储器内配置文件中的运行参数，这些视觉检测工具经过预定组合方式对 产品图像进行处理最后给出综合的检测结果以及产品分类。参数设置部件在产品质量检测嵌入式照相机设备初始设置时通过以太网连接到 主机设备，它包含三个模块图像显示、相机设备硬件参数设备和图像处理参数设置。图像 显示区实时显示主机设备通过以太网传输过来的视频；相机设备硬件参数设置区包含了相 机设备分辨率、曝光时间、RGB增益等硬件参数设置选项；图像处理参数设置区用于设置图 像的处理过程中各个视觉检测工具如何组合以及所用到视觉检测工具的具体参数。针对具 体的检测任务用户首先设置好相机设备硬件参数以获得最佳图像，然后再针对检测目标进 行视觉检测工具的并行和串行组合。设置好所有参数之后经以太网配置文件传输到主机设 备并加以保存，此后根据配置文件主机设备可以独立运行完成机器视觉检测任务。主机设备机硬件结构图如图2所示，包括设置在照相机保护外壳1下方的镜头2， 靠近镜头2的位置设有用于采集图像和接口驱动的图像采集板3，叠插到图像采集板3上的 图像处理板4.图像采集板3和图像处理板4之间通过数据传输接口 6进行数据交换。在图像采集板3上装有CMOS感光芯片5，可将被测物体经过镜头5所成的像转换 为数字信号，并经过数据传输接口 6传送到图像处理板4.图像处理板4上的DSP7对获得 图像数据进行处理。安装在图像采集板3上的综合接口 8集成了数字10、串行通信、视频、电源等接口， 通过综合接口 8，可以将外接传感器信号传送主机设备内部，以确定机器视觉检测的方式和 时机。处理后的结果可以通过综合接口8传送到执行器以控制生产线的产品分拣。图像处 理板4上装有以太网接口 9，用于与参数设置软件的通信。综合接口 8和以太网接口 9都从照相机保护外壳1的后面板引出照相机保护外壳。照相机保护外壳1的后面板上还装有三个LED指示灯用于电源指示，和运行状态指示。主机设备机的部件结构图如图4所示。部件主体由3层构成，自下而上分别是硬件驱动程序10、系统部件11、视觉检测工具12、相机设备网络通信模块13和配置文件14。 硬件驱动部件10负责与对硬件的直接操作，实现各种底层操作。系统软件11负责整个相 机设备的工作控制，根据配置文件14中的运行参数调用相应的视觉检测工具12并为用到 的各个工具分别加载相应的参数，从而实现对产品图像进行机器视觉检测。相机设备网络 通信模块13协助系统软件11完成与参数设置部件的网络通信。参数设置部件结构框图如图4所示。参数设置部件整体基于PC网络通信15基础 之上，主机设备传输过来的视频经视频显示模块16显示在用户界面上，用户先在相机设备 设置模块19设置好相机设备硬件参数获得最佳图像，再在图像处理设置模块17中以可视 化的编程方式选取需要的视觉检测工具，并对他们进行适当的串、并行组合，从而得到一个 由这些视觉检测工具相互组合而成的树形检测流程，再设置检测流程中所用的各个视觉检 测工具的具体参数以实现最佳的检测效果。设置好以后将设置信息保存为配置文件14，经 以太网传输并保存到主机设备中。本实用新型的产品质量检测嵌入式照相机设备，提供三类12种检测工具，用户可 以按照具体的检测工件进行组合配置。第一类为定位工具包括基于轮廓特征的定位工具和 基于特征点的定位工具两种。第二类为检测工具，包括几何测量测量工具，用于测量直线， 圆弧等几何元素的位置、长度等参数，条形码识别工具，用于识别给定区域内一维条形码， 二维码识别工具，用于识别给定区域内的二维码，颜色、灰度检测工具，用于检测区域内颜 色、灰度是否与给定值一致，字符识别，用于识别区域内的字符，区域匹配检测工具，用于检 测区域内图像是否具有给定特征，轮廓缺陷检测工具，用于检测轮廓与模板比较是否存在 缺陷，共八种工具。第三类为分析输出工具，包括产品等级判定工具和I/O控制工具两种。 用户通过适当组合这些工具，可以实现对各种产品的综合质量检测。以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型的保护 范围。
权利要求1.一种产品质量检测嵌入式照相机设备，其特征在于，该产品质量检测嵌入式照相机 设备包括主机设备和一套参数设置部件，其中主机设备由硬件和内部部件组成；主机设备的硬件包括一个照相机保护外壳(1)，照相机保护外壳(1)下方设置有镜头 (2)，照相机保护外壳(1)内靠近镜头(2)的位置设有用于采集图像和接口驱动的图像采集 板(3)，图像采集板(3)上插有一用于图像处理的图像处理板(4)，图像采集板(3)和图像 处理板(4)之间通过数据传输接口(6)进行数据交换；在图像采集板(3)上装有CMOS感光芯片(5)，用于将被测物体经过镜头(2)所成的图 像转换成数字信号，并经过数据传输接口(6)传送到图像处理板(4)中，图像处理板(4)上 有处理器(7)，负责对图像数据进行处理；图像采集板⑶上还安装有综合接口⑶和以太网接口(9)，综合接口⑶集成了数 字10、串行通信、视频、电源接口，通过综合接口(8)传送外接传感器信号或图像数据处理 结果，图像处理板(4)用于与参数设置部件的通信；综合接口(8)和以太网接口(9)从照相 机保护外壳(1)的后面板引出，照相机保护外壳(1)的后面板上还有三个LED指示灯，用于 电源指示和运行状态指示；主机设备内部部件部分包括硬件驱动部件(10)、系统部件(11)、视觉检测工具(12)、 相机设备网络通信模块(13)和配置文件(14)；其中，硬件驱动程序(10)负责对硬件的直 接操作，实现各种底层操作；系统部件(11)负责整个相机设备的工作控制，根据配置文件 (14)中的运行参数调用相应的视觉检测工具(12)并为用到的各个工具分别加载相应的 参数，从而实现对产品图像进行机器视觉检测；相机设备网络通信模块(13)协助系统部件 (11)完成与参数设置部件的网络通信；参数设置部件包括视频显示模块(16)、检测设置模块(17)、参数保存模块(18)和相 机设备参数设置模块(19)；参数设置部件整体基于PC网络通信(15)基础之上，参数设置 部件与主机设备通过以太网连接，视频显示模块(16)实时显示主机设备通过以太网传输 过来的视频图像，检测设置模块(17)以可视化的编程方式选择视觉检测工具并加以适当 的组合和设置，参数保存模块(18)将用户的设置以配置文件的格式加以保存并下载到主 机设备中，相机设备参数设置模块(19)包含有相机设备分辨率、曝光时间、RGB增益参数设 置选项，用户根据需要在相机设备参数设置模块(19)设定相机设备硬件参数。
2.根据权利要求1所述的产品质量检测嵌入式照相机设备，其特征在于，所述视觉检 测工具(12)分为三类12种，第一类为定位工具，包括基于轮廓特征的定位工具和基于特征 点的定位工具两种；第二类为检测工具，包括几何测量测量工具、条形码识别工具、二维码 识别工具、颜色和灰度检测工具、字符识别、区域匹配检测工具和轮廓缺陷检测工具共八种 工具；第三类为分析输出工具，包括产品等级判定工具和I/O控制工具两种。
3.根据权利要求2所述的产品质量检测嵌入式照相机设备，其特征在于，所述三类工 具中，同类工具可并行运行，不同类工具可串行运行。
4.根据权利要求2或3所述的产品质量检测嵌入式照相机设备，其特征在于，所述视觉 检测工具的组合方式以及具体工具的参数以配置文件(14)的格式形式存储。
专利摘要本实用新型公开了一种产品质量检测嵌入式照相机设备，涉及基于机器视觉的产品质量检测领域。该设备包括主机设备和一套参数设置部件，主机设备由硬件和内部部件组成。该装置能够提高提高检测效率，并提供多种检测手段和工具，使用方便。
文档编号H04N17/00GK201839391SQ201020599320
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者韩旭 申请人:韩旭