基于线阵相机的旋转扫描成像装置及其成像方法与流程

本发明属于图像的采集技术领域，涉及一种基于线阵相机的旋转扫描成像装置及其成像方法。

背景技术：

在机器视觉领域中，线阵相机是一类特殊的视觉机器。顾名思义，其获得的图像是呈“线”状的，长度极长，而宽度却只有几个像素而已。线阵相机有其特有的优势：线阵相机及扫描装置的成本大大低于同等面积、同等分辨率的面阵相机。线阵相机的扫描行的坐标由光栅提供，高精度光栅尺的示值精度高于面阵相机像元间距的制造精度，从这个意义上讲，线阵相机获取的图像在扫描方向上的精度高于面阵相机。因此，目前线阵相机配合扫描装置获取图像的方法被使用广泛，主要应用于工业、医疗、科研与安全领域的图像处理，尤其是在要求视场大、图像分辨率高的情况下甚至不能用面阵相机代替。

基于线阵相机的特性，在成像时需要采用匀速位移传感器的方式，利用一台或多台相机对被成像对象进行逐行连续扫描，以达到对其整个表面均匀检测，或者对由多行组成的面阵图像进行处理。这种线扫描方式的成像装置主要由异步电机支架和线阵相机构成。线阵相机在电机的驱动下横向或纵向匀速移动，按照固定的时间间隔采集一行图像，其中时间间隔主要取决于光积分时间，再将所拍下的多行图像合并成一张完整的图像，从而完成拍摄。

该装置存在以下缺陷：当被拍摄的物体较大时，由于受到异步电机支架高度或宽度的限制，难以获得完整的图像，即使能够获得也会耗时较长，效率较低；异步电机支架结构复杂，重量大，占用空间大，不便于移动和放置，不能自由地选择拍摄对象和调整拍摄角度。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的结构复杂、重量大、占用空间大、拍摄效率低的缺陷，提供一种基于线阵相机的旋转扫描成像装置及其成像方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种基于线阵相机的旋转扫描成像装置，其包括一线阵相机，其特征在于，所述线阵相机的机身固接一固定部件，所述固定部件连接一驱动所述线阵相机以固定角度一步一步旋转的动力部件，所述线阵相机还设有一支撑所述线阵相机旋转的支撑部件。

较佳地，所述动力部件为步进电机。步进电机可以驱动线阵相机以固定角度一步一步地旋转，可以实现精准的控制。

较佳地，所述固定部件为一套筒，所述步进电机的转轴设有一电机齿轮，所述套筒的外部设有与所述电机齿轮相啮合的轮齿。通过齿轮的啮合，可以实现动力的准确传递。

较佳地，所述支撑部件包括一轴承，所述线阵相机的镜头的外部套设于所述轴承，所述轴承的旋转轴心线与所述套筒的旋转轴心线重合。轴承具有良好的支撑旋转的性能。

较佳地，所述轴承的下方设有一轴承支架。通过轴承支架，可以对轴承及线阵相机进行有效地支撑。

较佳地，所述轴承为滚珠轴承。滚珠轴承具有成本低、安装方便的优点。

较佳地，所述线阵相机包括一线阵感光芯片，所述线阵感光芯片设于所述线阵相机的镜头处。线阵感光芯片为现有的部件，其可以使线阵相机得到清晰、高保真的图像。

较佳地，所述基于线阵相机的旋转扫描成像装置还包括一计算机，所述计算机分别连接于所述电机和所述线阵相机。计算机具有强大的运行、控制及图像处理能力，可以实现对本装置的精确控制，并快速准确地处理本装置拍摄到的图像。

一种基于线阵相机的旋转扫描成像装置的成像方法，其特点在于，其包括以下步骤：

S1、将前述的基于线阵相机的旋转扫描成像装置放置于拍摄位置，调节线阵相机的焦距；

S2、确定线阵相机每采集一行图像后的旋转角度α及采集图像时曝光时间；

S3、根据步骤S2确定的线性相机的参数，通过控制处理设备设定并控制动力部件，以使动力部件驱动线阵相机旋转；

S4、在动力部件驱动下，线阵相机每采集到一行图像后旋转α，当线阵相机总共转动180°后，线阵相机完成扫描；

S5、线阵相机采集到的多行图像传输到控制处理设备，经过控制处理设备处理后得到完整的图像。

其中，所述控制处理设备为计算机。计算机具有强大的运行、控制及图像处理能力，可以精确地控制本方法的步骤并快速准确地得到完整的图像。

本发明的积极进步效果在于：即使所拍摄的物体较大，也只需将线阵相机旋转180°便可采集到完整的图像，对拍摄对象的大小尺寸限制很小，并且能快速高效地拍摄，节省时间；装置结构简单轻便、占用空间小、调节方便且精确、机械加工成本低，便于移动和放置，因此，可以更自主地选择拍摄对象及拍摄角度。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的基于线阵相机的旋转扫描成像装置的主视示意图。

图2为本发明较佳实施例的基于线阵相机的旋转扫描成像装置的侧视示意图。

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

如图1和图2所示，一种基于线阵相机的旋转扫描成像装置，其包括线阵相机1和步进电机8，步进电机8下方设有电机支架7；步进电机8的转轴设有电机齿轮6；线阵相机1的机身固接套筒4，套筒4的外部设有与电机齿轮6相啮合的轮齿；线阵相机1的镜头的外部套设有支撑线阵相机1旋转的滚珠轴承3，滚珠轴承3的轴心线与套筒4的轴心线重合；滚珠轴承3的下方设有轴承支架5；线阵相机1包括线阵感光芯片2，线阵感光芯片2设于线阵相机1的镜头处；步进电机8和线阵相机1分别通过连接线10连接一计算机11。其中，线阵相机1通过线阵相机电源接口9与电源连接。

计算机11控制步进电机8以设定参数运行，步进电机8的转轴带动电机齿轮6做旋转运动。电机齿轮6与套筒4的轮齿啮合，进而带动套筒4旋转。由于套筒4固定在线阵相机1外部，则线阵相机1和线阵感光芯片2随之转动。滚珠轴承3的内圈固定在线阵相机的镜头的外部，可保证线阵相机1做旋转运动，两者由轴承支架5支承。

其中，基于精度的要求，选择线阵相机1和线阵感光芯片2每采集一行图像后的旋转角度α，并通过计算机11设定来控制步进电机8，进而带动线阵相机1和线阵感光芯片2旋转。旋转过程中扫描被拍摄对象，当线阵相机转动180°时即可完成扫描，步进电机运行步数N＝180/α。采集到的多行图像由连接线10传输到计算机11，经过软件合并处理后得到完整的图像。

本实施例的基于线阵相机的旋转扫描成像装置的成像方法，其包括以下步骤：

S1、将本实施例的基于线阵相机的旋转扫描成像装置放置于拍摄位置，将该装置调整到合适的拍摄角度，并调节线阵相机的焦距；

S2、基于精度要求，选择并确定线阵相机每采集一行图像后的旋转角度α及采集图像时曝光时间t；

S3、根据步骤S2确定的线性相机的参数，通过计算机设定并控制步进电机，步进电机通过电机齿轮带动套筒和线阵相机旋转；

S4、在步进电机驱动下，线阵相机每采集到一行图像后旋转α，当线阵相机总共转动180°后，线阵相机完成扫描；

S5、线阵相机采集到的多行图像传输到计算机，经过控制处理设备的软件处理后得到完整的图像。

以下为本实施例实际应用的具体实施方案：

基于单喷嘴甲烷同轴射流扩散火焰的实验研究，应用本发明采集火焰图像。喷嘴为同轴三通道非预混式结构，其中，中心通道为甲烷，环隙为氧气，外环通过氮气与空气隔绝。线阵相机采用五铃光学股份有限公司的制冷型高光谱相机(具体型号为V8E-EMCCD)，其工作波长范围是380～800nm，为可见光范围。

首先，使甲烷在实验条件下稳定燃烧，将本装置放置到便于拍摄的位置和角度，并调节高光谱相机的焦距使成像清晰；再基于实验精度要求，选择相机的旋转角度为0.5°，曝光时间为30ms，并且采用3次平均得到最终火焰图像；使用计算机设定并控制步进电机带动高光谱相机每间隔90ms旋转0.5°，当相机转动180°时即可完成对甲烷火焰的扫描，则步进电机运行步数N＝180/0.5＝360；最后，所采集到的多行图像传输到计算机，经过软件处理合并得到完整的甲烷火焰图像。

本实施例的装置结构简单轻便、占用空间小，能够进行方便且精确地调节，其机械加工成本低，便于移动和放置，因此，使用者可以更自主地选择拍摄对象及拍摄角度等。

采用本实施例的基于线阵相机的旋转扫描成像装置，即使所拍摄的物体较大，也只需将线阵相机旋转180°便可采集到完整的图像，因此，本实施例的装置旋转扫描成像不受所拍摄对象大小的限制，可以适用于尺寸较大的拍摄对象，本装置拍摄时采集图像快速高效，可以节省拍摄时间。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简 化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。