专利名称：机器视觉系统的无干扰式色彩采集装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及色彩的光电检测领域，特别是一种机器视觉系统的无干扰式色彩采集装置。
背景技术：
色彩是物体的一个重要特征参数，不能用灰度的不同来检测的目标常常可以借助色彩信息的不同来检测，因此基于色彩的目标检测得到了研究者的广泛重视。比如，对印刷品色彩质量的检测、植物果实成熟与否的判断及异物的剔除，甚至目前关于皮肤的颜色定量及增生性瘢痕治疗效果的判断都涉及到色彩的检测。
对目标色彩的检测目前还主要是由人工来完成。而人类视觉具有主观性，个体之间会存在不同程度的色觉差异，在色彩检测中还会受到人的精神状态的影响，而且仅凭人的视觉不可能对某种色彩实现量化检测，这些因素最终都会影响到色彩的检测准确度。因此，需要建立一种客观的机器视觉来进行色彩检测。
在机器视觉的色彩采集中，由于周围环境因素的变化往往会造成采集的色彩发生畸变，从而影响色彩检测的准确度。为了防止色彩畸变，对光源周围的环境有严格的要求，比如，照明用光源周围的其它照明用光源不能直接或间接地影响被观察物体的表面，而且照明用光源周围的墙板、顶部和底部(包括观察者本人的衣服)不能使用其它色彩，只能使用反射率＜60％的中性灰色。这样大大增加了整个色彩检测系统的成本。
发明内容本发明的目的为了解决上述问题，提供一种机器视觉系统的无干扰式色彩采集装置，以减小外界因素带来色彩畸变的影响，同时限制成像范围，减小采集图像的尺寸，提高后续处理的速度。
本发明为解决上述问题设计了一种机器视觉系统的无干扰式色彩采集装置，包括外壳、照明用光源、漫射聚光镜、透镜、光电探测器及光源与光电探测器驱动电路，其特征在于所述外壳内自内向外依次轴向固定安装着光电探测器，透镜，漫射聚光镜，以及位于漫射聚光镜口部、且固定在光源驱动电路板上的照明用光源；所说外壳的口部端面是检测口，检测口与依次安装的光电探测器，透镜，漫射聚光镜和照明用光源组的轴线相对。
本发明的色彩采集装置的优点是结构简单，手持、便携，降低了对环境的要求，使得色彩信息的采集可以在任何场合下进行；并对成像视场进行了限制，减小了后续处理的数据量，可以提高机器视觉系统色彩检测的速度。该发明的色彩采集装置可以应用于皮肤、增生性瘢痕、印刷品及纺织品等的色彩信息的采集。
图1为直形机器视觉系统的无干扰式色彩采集装置的结构示意图；图2为拐角形机器视觉系统的无干扰式色彩采集装置的结构示意图；图3为圆环状排列照明用光源的色彩采集装置端面图；图4为矩形环状排列照明用光源的色彩采集装置端面图。
具体实施方式以下结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
图1所示是一种直形机器视觉系统的无干扰式色彩采集装置的结构示意图。直形色彩采集装置的检测口端面与光电探测器，透镜，漫射聚光镜和照明用光源组的轴线垂直，其外壳是圆柱形外壳。其结构首先从圆柱形外壳5的前端把漫射聚光镜4装入圆柱形外壳5，再把装有照明用光源2的照明用光源驱动电路板3装入圆柱形外壳5。然后，把透镜8装在透镜座7中，用透镜压环6固定。再把嵌有光电探测器10的光电探测器驱动电路板11固定在透镜座7上。它们之间的距离靠透镜座7的尺寸来确定。透镜座7外表面套螺纹与圆柱形外壳5连接。最后装上后盖12。要保证后盖12与圆柱形外壳5密封安装，以防止外界杂散光进入色彩采集装置。电缆9中的电线及信号线分别接照明用光源驱动电路板3和光电探测器驱动电路板11，供给电源并传导电信号。外套筒1与圆柱形外壳5用细螺纹连接，可以对成像清晰度进行微调。透镜8采用消色差透镜，以减小横向的色差，提高成像质量。
如果采用1/3英寸的CCD或CMOS芯片10，长宽比例为4∶3，长宽尺寸分别为4.8mm和3.6mm，对角线尺寸为6mm时，如果选用焦距是3mm的消色差透镜8，视场对角线为20mm时，按照透镜的成像公式，可以得出工作距离为100mm，加上透镜的厚度、支撑件的长度，本发明的总长度可以控制在200mm之内。可以对视场为20mm的彩色目标成像。
为了减小整个色彩采集装置的纵向尺寸，本发明提出如附图2所示的拐角形色彩采集装置。拐角形色彩采集装置的检测口端面通过反射镜托架固定的45°反射镜与光电探测器，透镜，漫射聚光镜和照明用光源组的轴线平行，其外壳是拐角形外壳。该色彩采集装置除有直形色彩采集装置的内部结构外，在拐角形外壳的短筒16与长筒17连接的拐角处，增加了用反射镜托架14固定的反射镜13，以及前盖15。其中反射镜13相对于长筒17的轴线45°配置，可以使光源的光经反射镜13后反射到目标上；从目标散射的光再经反射镜13后反射回光电探测器。要保证后盖12、前盖15及短筒16与长筒17密封安装，以防止外界杂散光进入色彩采集装置。
本发明两种形式的色彩采集装置，在直形的长套筒前端和拐角形套筒的短筒外，都旋接有一个可调焦与更换的外套筒，可以是一次性硬或软套筒。如果是针对皮肤，为了防止交叉感染，可以设计成可更换的一次性软套。两种形式的色彩采集装置其壳体和外套筒的内腔颜色可根据具体的探测目标进行喷涂，比如探测印刷品可采用反射率小于60％的中性灰色。
本发明两种形式的色彩采集装置的光电探测器，可以是彩色电荷藕合器件CCD(Charge Coupled Device，CCD)芯片或彩色互补性氧化金属半导体CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)芯片。光电探测器可以是线阵排列或面阵排列的光电探测器，实际中可以根据检测的具体目标来选择线阵或面阵光电探测器。
本发明两种形式的色彩采集装置的照明用光源为与光电探测器形状相应的呈环状布置。为了保证均匀照明，可以是呈环状紧密排布安装的发光二极管LED(Light Emitting Diode，LED)，沿色彩采集装置一周配置多个LED。实际中可以根据采用的线阵或面阵光电探测器来选择照明用光源的排列形式，使之矩形、椭圆或圆形环状一周密排。图3和图4分别是圆环状和矩形环状排列了14个LED。LED的个数可以根据具体的色彩采集装置尺寸进行调整。还可以根据照明光强及光照均匀度的要求，使LED配置成两周或多周。LED的颜色可以分别是白色、蓝色、绿色、红色、橙色或黄色中的一种，对一个色彩采集装置来说LED统一用一种颜色。
本发明在使用时，直形色彩采集装置的长套筒前端或拐角形色彩采集装置的短筒外端直接贴紧目标，LED光源点亮后，漫反射聚光镜使光均匀地照在目标上。从目标散射回的光聚焦在光电探测器上转换为电信号，由采集卡采集。
权利要求
1.一种机器视觉系统的无干扰式色彩采集装置，包括外壳、照明用光源、漫射聚光镜、透镜、光电探测器及光源与光电探测器驱动电路，其特征在于所述外壳内自内向外依次轴向固定安装着光电探测器，透镜，漫射聚光镜，以及位于漫射聚光镜口部、且固定在光源驱动电路板上的照明用光源；所述外壳的口部端面是检测口，检测口与依次安装的光电探测器，透镜，漫射聚光镜和照明用光源组的轴线相对。
2.根据权利要求1所述的机器视觉系统的无干扰式色彩采集装置，其特征在于所述外壳的口部检测口旋接有一个可调焦与更换的外套筒。
3.根据权利要求2所述的机器视觉系统的无干扰式色彩采集装置，其特征在于所述可调焦与更换的外套筒是一次性硬或软套筒。
4.根据权利要求1或2所述的机器视觉系统的无干扰式色彩采集装置，其特征在于所述检测口端面与光电探测器，透镜，漫射聚光镜和照明用光源组的轴线垂直，其外壳是圆柱形外壳。
5.根据权利要求1或2所述的机器视觉系统的无干扰式色彩采集装置，其特征在于所述检测口端面通过反射镜托架固定的45°反射镜与光电探测器，透镜，漫射聚光镜和照明用光源组的轴线平行，其外壳是拐角形外壳。
6.根据权利要求3或4、5所述的机器视觉系统的无干扰式色彩采集装置，其特征在于所述外壳和外套筒的内腔颜色为反射率小于60％的中性灰色。
7.根据权利要求1或2所述的机器视觉系统的无干扰式色彩采集装置，其特征在于所述照明用光源为与光电探测器形状相应的呈环状布置。
8.根据权利要求1或2所述的机器视觉系统的无干扰式色彩采集装置，其特征在于所述光电探测器是彩色电荷藕合器件CCD芯片或彩色互补性氧化金属半导体CMOS芯片。
9.根据权利要求1或2所述的机器视觉系统的无干扰式色彩采集装置，其特征在于所述光电探测器是线阵排列或面阵排列的光电探测器。
10.根据权利要求1或2所述的机器视觉系统的无干扰式色彩采集装置，其特征在于所述照明用光源是呈环状紧密排布安装的发光二极管LED，LED的颜色是白色、蓝色、绿色、红色、橙色或黄色中的一种。
全文摘要
本发明是一种机器视觉系统的无干扰式色彩采集装置，包括外壳、照明用光源、漫射聚光镜、透镜、光电探测器及光源与光电探测器的驱动电路等。其外壳是一个前端开口、后端有后盖的长套筒，也可以是一个拐角形套筒。本发明的无干扰式色彩采集装置的优点是降低了对环境的要求，使得色彩信息的采集可以在任何场合下进行。该色彩采集装置结构简单，手持，便携，可以应用于皮肤、增生性瘢痕、印刷品及纺织品等的色彩信息的采集。
文档编号G01J3/50GK101055206SQ200710057468
公开日2007年10月17日 申请日期2007年5月25日 优先权日2007年5月25日
发明者梁艳梅, 杨立 申请人:南开大学