專利名稱：用于甜瓜果實視覺測量的光源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種瓜果檢測技術(shù)領(lǐng)域的光源裝置，特別涉及的是一種用于甜瓜 果實視覺測量的光源裝置。
背景技術(shù)：
甜瓜果實的生長會受到溫度、濕度等環(huán)境因子影響。因此，對果實直徑進(jìn)行高精度 連續(xù)測量能夠從內(nèi)在機理和影響機制上揭示、評價甜瓜果實發(fā)育與環(huán)境因子的生理聯(lián)系； 特別是基于視覺的高分辨率無損測量，能夠在不對甜瓜生長造成影響或損傷的前提下，方 便準(zhǔn)確地監(jiān)測甜瓜果實在生長過程中形態(tài)參數(shù)的變化。光源是圖像采集系統(tǒng)的重要組成部分，而目前的圖像采集系統(tǒng)中常采用線陣掃描 相機進(jìn)行圖像采集作業(yè)。由于線陣掃描相機在告訴掃描時具有曝光時間段、掃描速度快、相 機物距遠(yuǎn)及圖像質(zhì)量要求高等特點，因此他對光源要求較為嚴(yán)格，通常采用光強度高且光 照分布均勻的光源。目前常見的用于圖像采集的光源多是采用白熾燈或者熒光燈管，其優(yōu) 點就是成本低、易于實現(xiàn)，但是它們也有很多的不足白熾燈需要經(jīng)過較長的預(yù)熱時間光強 才能穩(wěn)定，白熾燈為點光源光強分布不均勻，且其光線并非純白光，對后期目標(biāo)物顏色特征 的提取有一定影響；而熒光燈管存在閃爍現(xiàn)象，會影響到光強的穩(wěn)定性及均勻性，另外熒光 燈管的熒光成分同樣使得光源提供的光線不是純白光，可能會影響后續(xù)圖片顏色分析方面 的處理。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，專利申請公開號CN 201047494，名稱用于圖像 采集系統(tǒng)的發(fā)光裝置。該技術(shù)自述具有與照明用的交流電源相連接的接頭且用于將電能 轉(zhuǎn)換為熒光的熒光轉(zhuǎn)換器、以及與所述熒光轉(zhuǎn)換器相連接，用于對所述熒光轉(zhuǎn)換器進(jìn)行整 流以使其發(fā)出的熒光均衡的高頻整流器，由于熒光轉(zhuǎn)換器價格低廉，可有效降低圖像采集 系統(tǒng)的成本，同時由于采用了高頻整流器，可消除熒光轉(zhuǎn)換器因采用交流電源而導(dǎo)致采集 的圖像背景會出現(xiàn)明暗條紋的缺點。但是這種管狀光源有如下缺點1、該光源提供的光照 的強度是不均勻的，在靠近燈管處的光強較高，在與燈管長度方向相垂直的方向上，隨著距 離的增加光強會越來越弱，這就導(dǎo)致了在光照區(qū)域內(nèi)中間有一條比較亮的光帶，兩邊逐漸 變暗；2、該光源提供的光照并非純白光；以上兩種情況下拍攝的圖片都容易失真，不能準(zhǔn) 確的提取所需的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種用于甜瓜果實視覺測量的光 源裝置。本發(fā)明能夠提供柔和均勻純白光的面光源，減少了圖像失真現(xiàn)象；本發(fā)明采集的圖 片中甜瓜的輪廓非常凸出，能夠清晰提取甜瓜的輪廓特征(面積、縱橫經(jīng))，大大降低了后 期輪廓特征提取的難度。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明包括雙自由度可調(diào)門型支架、PWM調(diào)光驅(qū)動器、環(huán)形前面光源、圖像采集模塊、矩形背面光源，雙自由度可調(diào)門型支架上設(shè)置PWM調(diào)光驅(qū)動器，雙自由度可調(diào)門型支 架上從左到右依次設(shè)置矩形背面光源、環(huán)形前面光源、圖像采集模塊，PWM調(diào)光驅(qū)動器分別 連接到環(huán)形前面光源、矩形背面光源和圖像采集模塊，圖像采集模塊連接線線分別連接到 環(huán)形前面光源、矩形背面光源。所述雙自由度可調(diào)門型支架包括橫梁和立柱，橫梁沿著立柱上的鋁型材凹槽上下 活動，調(diào)節(jié)高度，通過松緊螺釘固定在橫梁上的其他部件可在橫梁上的鋁型材凹槽內(nèi)前后 移動，以便調(diào)整拍攝焦距及光源的距離，因此整個系統(tǒng)的各個部件都可以根據(jù)實驗需要隨 意擺放在適當(dāng)?shù)奈恢?。所述的PWM調(diào)光驅(qū)動器設(shè)置在雙自由度可調(diào)門型支架的右立柱上。所述的矩形背面光源和環(huán)形前面光源從左到右依次設(shè)置在雙自由度可調(diào)門型支 架的橫梁上。所述的環(huán)形前面光源由環(huán)形LED組、環(huán)形光源防水外殼、環(huán)形電路板、環(huán)形柔光板 組成，環(huán)形LED組有兩組，每個環(huán)形LED組包含10個LED，LED呈環(huán)形均布焊接在環(huán)形電路 板上，環(huán)形電路板通過絕緣柱固定在環(huán)形光源防水外殼底部，環(huán)形柔光板固定在環(huán)形光源 防水外殼開口處。所述的矩形背面光源由直線LED組、矩形光源防水外殼、矩形電路板和矩形柔光 板組成，每個直線LED組包含5個LED，并呈矩陣型排布焊接在矩形電路板上；矩形電路板 通過絕緣柱固定在矩形光源防水外殼底部，矩形柔光板固定在矩形光源防水外殼開口處。所述的PWM調(diào)光驅(qū)動器由循環(huán)定時器和PWM調(diào)光模塊組成，循環(huán)定時器放置在PWM 調(diào)光驅(qū)動器外殼頂部，它可以循環(huán)定時地給裝置通電或者斷電以實現(xiàn)裝置的循環(huán)定時工 作；PWM調(diào)光模塊放置在驅(qū)動器外殼內(nèi)部，它可以通過手動調(diào)節(jié)前光源調(diào)節(jié)旋鈕和背光源 調(diào)光旋鈕來調(diào)節(jié)相應(yīng)光源的光強亮度。本發(fā)明在裝置接通電源以后，電路板上呈矩陣或者環(huán)形均布地LED就會形成一個 點陣光源，但此時它們還只是一個個孤立的點光源，提供的光照的強度時不均勻的；不均勻 的白光經(jīng)過防水外殼開口處的柔光板過濾后照射出來，光線在環(huán)形柔光板和矩形柔光板前 表面和后邊面處發(fā)生反射和折射等光學(xué)現(xiàn)象以后，光照的強度就變的均勻了，且在環(huán)形柔 光板和矩形柔光板前表面處形成一個面光源，光線沿垂直于環(huán)形柔光板和矩形柔光板前表 面的方向射出；通過PWM調(diào)光驅(qū)動器調(diào)節(jié)環(huán)形前面光源和矩形背面光源亮度，因為LED是通 過恒流供電，所以可以通過PWM調(diào)光驅(qū)動器調(diào)節(jié)環(huán)形前面光源和矩形背面光源的供電電流 強度來調(diào)節(jié)其亮度；調(diào)節(jié)雙自由度可調(diào)門型支架的橫梁的高度以及環(huán)形前面光源、矩形背 面光源和圖像采集模塊(利用現(xiàn)有技術(shù)的圖像采集模塊)在橫梁上的位置，保證圖像采集 模塊的焦距以及環(huán)形前面光源、矩形背面光源的照射角度和距離；圖像采集模塊控制點亮 所需光源進(jìn)行拍照。本發(fā)明基于LED照明技術(shù)，通過LED陣列排布以及柔光板過濾光線而得到能夠提 供均勻純白光的面光源，前后放置兩個面光源為圖像采集系統(tǒng)提供光照，其中，環(huán)形前面光 源用于配合圖像采集系統(tǒng)獲得提取甜瓜表面形態(tài)特征(顏色、紋理)的圖像，矩形背面光源 用于配合圖像采集系統(tǒng)獲得提取甜瓜輪廓(面積、縱橫經(jīng))特征的圖像，另外，該光源裝置 還采用PWM調(diào)光驅(qū)動器調(diào)節(jié)面光源光照強度，利用雙自由度可調(diào)門型支架調(diào)整光源的最佳 放置位置和角度，這樣就可以最大程度的滿足圖像采集系統(tǒng)對光源的要求，減少非自然光照射下采集到的圖像出現(xiàn)失真的現(xiàn)象，更好的配合圖像采集系統(tǒng)獲得便于提取甜瓜形態(tài)特 征的圖像。本發(fā)明能夠提供柔和均勻純白光的面光源，能夠有效的克服現(xiàn)有技術(shù)提供的光源 光照閃爍、強度不均勻、光色非純白光等方面的不足，減少由于以上問題而導(dǎo)致的圖像失真 現(xiàn)象；另外，在甜瓜的視覺測量中本發(fā)明還要提取甜瓜的輪廓特征(面積、縱橫經(jīng))，現(xiàn)有技 術(shù)一般只放置了前光源拍照，這樣由于甜瓜表面的光強與周圍背景上的光強很接近，導(dǎo)致 甜瓜輪廓融于背景之中，不便于后期輪廓特征的提取，因此，本發(fā)明還在甜瓜的背面放置了 矩形背面光源，在矩形背面光源點亮[5]的情況下，由于光照強度的差別，采集的圖片中甜 瓜的輪廓非常凸出，大大降低了后期輪廓特征提取的難度。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行比較1，本發(fā)明以LED為發(fā)光體，能保證所提供的光照為 純白色，不會使圖像顏色失真，減少提取甜瓜顏色特的時的誤差；“用于圖像采集的發(fā)光裝 置”中所述的方法由于熒光成分的影響不能保證光照為純白色。2，本發(fā)明能實現(xiàn)光照穩(wěn)定 均勻；“用于圖像采集的發(fā)光裝置”中所述的方法使用的管狀光源會導(dǎo)致光照強度不均勻， 出現(xiàn)中間亮，兩邊暗的現(xiàn)象，特別是在光照強度比較低的情況下更為明顯。3，本發(fā)明還添加 了矩形背面光源用于配合圖像采集系統(tǒng)獲得提取甜瓜輪廓特征的圖片，使甜瓜輪廓特征的 提取更加方便和精確。


圖1為所述用于甜瓜視覺測量的光源裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為所述PWM調(diào)光驅(qū)動器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為所述雙自由度可調(diào)門型支架結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為所述矩形背面光源結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為所述環(huán)形前面光源結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明實施例結(jié)果圖；其中圖(a)是矩形背面光源照明時拍攝的圖像，圖(b)是環(huán)形前面光源照明時拍 攝的圖片。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前 提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。實施例如圖1所示，本實施例包括雙自由度可調(diào)門型支架1、PWM調(diào)光驅(qū)動器2、圖像采 集模塊3、環(huán)形前面光源4、矩形背面光源5。雙自由度可調(diào)門型支架1上設(shè)置PWM調(diào)光驅(qū)動 器，雙自由度可調(diào)門型支架1上從左到右依次設(shè)置矩形背面光源5、環(huán)形前面光源4、圖像采 集模塊3 ；PWM調(diào)光驅(qū)動器2分別連接到環(huán)形前面光源4、矩形背面光源5和圖像采集模塊 3 ；圖像采集模塊3的控制線分別連接到環(huán)形前面光源4、矩形背面光源5。所述的環(huán)形前面光源4和所述的矩形背面光源5固定在雙自由度可調(diào)門型支架1 上，且分別放置在甜瓜兩側(cè)，其中環(huán)形前面光源4與所述的圖像采集模塊3放置在甜瓜的同 一側(cè)，并且環(huán)形前面光源4環(huán)繞在攝像頭一周。
如圖2所示，調(diào)節(jié)PWM調(diào)光驅(qū)動器2上的前光源調(diào)節(jié)旋鈕7和背光源調(diào)光旋鈕8， 通過調(diào)節(jié)矩形背面光源5和環(huán)形前面光源4的供電電流來改變其亮度。如圖3所示，雙自由度可調(diào)門型支架1包括立柱18和橫梁19，由橫截面為 40*40 (mm)的鋁型材構(gòu)建而成，整體高度為2m，寬度為lm。沿著立柱18上的鋁型材凹槽上 下調(diào)節(jié)橫梁19的高度，使環(huán)形前面光源4和矩形背面光源5以及圖像采集模塊3與甜瓜處 于同一高度；沿著橫梁19的鋁型材凹槽左右調(diào)節(jié)環(huán)形前面光源4、矩形背面光源5以及圖 像采集模塊3在橫梁上的位置以保證攝像頭的焦距(30cm)以及環(huán)形前面光源4、矩形背面 光源5的位置和照射角度。如圖4所示，矩形背面光源由直線LED組11、矩形光源防水外殼10、矩形電路板12 和矩形柔光板9組成，其中矩形防水外殼10尺寸為246*206*50mm，矩形電路板12尺寸為 240*200mm，柔光板17尺寸為256*216*2mm，每個直線LED組11包含5個0. Iff的LED，并呈 矩陣型排布焊接在矩形電路板12上；矩形電路板12通過絕緣柱13固定在矩形防水外殼10 底部，矩形柔光板9固定在矩形光源防水外殼10開口處。如圖5所示，環(huán)形前面光源由環(huán)形LED組15、環(huán)形光源防水外殼14、環(huán)形電路板 16、環(huán)形柔光板17組成，其中環(huán)形防水外殼14尺寸為166*166*35mm，矩形電路板12尺寸為 160*160mm，柔光板17尺寸為176*176*2mm，環(huán)形LED組有兩組，每個環(huán)形LED組15包含10 個0. 5W的LED，并呈環(huán)形均布焊接在環(huán)形電路板16上，環(huán)形電路板16通過絕緣柱13固定 在環(huán)形光源防水外殼14底部，環(huán)形柔光板17固定在環(huán)形光源防水外殼14開口處。環(huán)形前面光源4和矩形背面光源5通電以后LED被點亮，形成一個個點光源，即點 陣光源，此時的光照強度時不均勻的，光線透過環(huán)形柔光板17和矩形柔光板9以后照射到 環(huán)形防水外殼14和矩形防水外殼10外面，光線在環(huán)形柔光板17和矩形柔光板9前表面和 后邊面處發(fā)生反射和折射等光學(xué)現(xiàn)象以后，光照的強度就變的均勻了，且在環(huán)形柔光板17 和矩形柔光板9表面處形成一個面光源。在正常工作時，圖像采集模塊3可以根據(jù)需要先點亮一個光源，待光強穩(wěn)定后拍 照，然后關(guān)閉光源；之后點亮另外一個光源，帶光強穩(wěn)定后拍照，然后關(guān)閉光源；如果有需 要也可以同時點亮兩個光源進(jìn)行拍照；例如只點亮矩形背面光源5拍照，可以得到甜瓜輪 廓清晰突出的圖片(如圖6(b))，便于提取甜瓜輪廓尺寸變化規(guī)律；例如只點亮環(huán)形前面光 源4拍照，可以得到甜瓜表面特征真實的圖片(如圖6(a))，便于提取甜瓜便面顏色和紋理 變化的規(guī)律。如圖6所示，本實施例應(yīng)用于圖1所示的結(jié)果，其中，圖6(a)是只點亮矩形背面光 源5時拍攝的圖像，從圖像上可以看出，由于以矩形背光源5為背景，甜瓜表面光照強度很 低，周圍光照強度比較高，因此甜瓜的輪廓非常凸出，這非常有利于后期對甜瓜輪廓特征的 提?。粓D6(b)是只點亮環(huán)形前光源4時拍攝的圖像，從圖像上可以看出，整張圖片的光照強 度均勻，沒有出現(xiàn)明顯的亮點或暗點，圖像顏色基本不失真，這非常有利于后期對甜瓜顏色 和紋理特征的提取。
權(quán)利要求
一種用于甜瓜果實視覺測量的光源裝置，其特征在于，包括雙自由度可調(diào)門型支架、PWM調(diào)光驅(qū)動器、環(huán)形前面光源、圖像采集模塊、矩形背面光源，雙自由度可調(diào)門型支架上設(shè)置PWM調(diào)光驅(qū)動器，雙自由度可調(diào)門型支架上從左到右依次設(shè)置矩形背面光源、環(huán)形前面光源、圖像采集模塊，PWM調(diào)光驅(qū)動器分別連接到環(huán)形前面光源、矩形背面光源和圖像采集模塊，圖像采集模塊連接線線分別連接到環(huán)形前面光源、矩形背面光源。
2.按照權(quán)利要求1所述的用于甜瓜果實視覺測量的光源裝置，其特征是，所述雙自由 度可調(diào)門型支架包括橫梁和立柱，橫梁沿著立柱上的鋁型材凹槽上下活動，調(diào)節(jié)高度。
3.按照權(quán)利要求1所述的用于甜瓜果實視覺測量的光源裝置，其特征是，所述的PWM調(diào) 光驅(qū)動器設(shè)置在雙自由度可調(diào)門型支架的立柱上。
4.按照權(quán)利要求1所述的用于甜瓜果實視覺測量的光源裝置，其特征是，所述的矩形 背面光源從左到右依次設(shè)置在雙自由度可調(diào)門型支架的橫梁上。
5.按照權(quán)利要求1所述的用于甜瓜果實視覺測量的光源裝置，其特征是，所述的矩形 背面光源由LED組、矩形光源防水外殼、矩形電路板和柔光板組成，每個LED組包含5個 0. Iff高亮暖白光的LED，并呈矩陣型排布焊接在矩形電路板上；矩形電路板固定在防水外 殼底部，柔光板固定在矩形光源防水外殼開口處。
6.按照權(quán)利要求1所述的用于甜瓜果實視覺測量的光源裝置，其特征是，所述的環(huán)形 前面光源由LED組、環(huán)形光源防水外殼、環(huán)形電路板、柔光板組成，LED組有兩組，每個LED組 包含10個0. 5W高亮暖白光LED，LED呈環(huán)形均布焊接在環(huán)形電路板上，環(huán)形電路板通過絕 緣柱固定在環(huán)形光源防水外殼底部，柔光板固定在環(huán)形光源防水外殼開口處。
7.按照權(quán)利要求1所述的用于甜瓜果實視覺測量的光源裝置，其特征是，所述的PWM調(diào) 光驅(qū)動器由循環(huán)定時器和PWM調(diào)光模塊組成，循環(huán)定時器放置在PWM調(diào)光驅(qū)動器殼體頂部， PWM調(diào)光模塊放置在驅(qū)動器殼體內(nèi)部。
全文摘要
一種瓜果檢測技術(shù)領(lǐng)域的用于甜瓜果實視覺測量的光源裝置。包括雙自由度可調(diào)門型支架、PWM調(diào)光驅(qū)動器、環(huán)形前面光源、圖像采集模塊、矩形背面光源，雙自由度可調(diào)門型支架上設(shè)置PWM調(diào)光驅(qū)動器，雙自由度可調(diào)門型支架上從左到右依次設(shè)置矩形背面光源、環(huán)形前面光源、圖像采集模塊，PWM調(diào)光驅(qū)動器分別連接到環(huán)形前面光源、矩形背面光源和圖像采集模塊，圖像采集模塊連接線分別連接到環(huán)形前面光源、矩形背面光源。本發(fā)明能夠提供柔和均勻純白光的面光源，減少了圖像失真現(xiàn)象；本發(fā)明采集的圖片中甜瓜的輪廓非常凸出，能夠清晰提取甜瓜的輪廓特征(面積、縱橫經(jīng))，大大降低了后期輪廓特征提取的難度。
文檔編號F21V19/00GK101915557SQ20101024637
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者呂福香, 吳吉麟, 朱強, 苗玉彬, 陳小波 申請人:上海交通大學(xué)