一種智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正方法及裝置，實(shí)現(xiàn)了以微控制器為核心融合智能控制技術(shù)、基于FPGA的圖像處理技術(shù)、PWM控制技術(shù)的智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正，該裝置能夠自動(dòng)監(jiān)控由光源老化等原因造成的光場(chǎng)變化情況，根據(jù)光場(chǎng)變化自動(dòng)計(jì)算并設(shè)置各種檢測(cè)參數(shù)，在環(huán)境變化時(shí)保證設(shè)備提供一致的檢測(cè)靈敏度，從而使光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整至相機(jī)的最佳工作環(huán)境，為后續(xù)圖像處理算法的實(shí)現(xiàn)提供有利條件。
【專利說明】
一種智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及智能色選機(jī)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)系統(tǒng)是色選機(jī)系統(tǒng)圖像信息采集、物料甄別篩選的關(guān)鍵，穩(wěn)定可靠的光學(xué)系統(tǒng)為后續(xù)圖像處理算法的實(shí)現(xiàn)提供有利條件。由于色選機(jī)惡劣的工作環(huán)境和工作時(shí)間的持續(xù)，光源燈珠的性能會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致色選機(jī)光源裝置照度不夠均勻且一致性較差；由于相機(jī)CCD的每個(gè)圖元中的每個(gè)晶格無法保證有完全相同的穩(wěn)定性，且在其工作過程中，CCD的信噪比隨溫度的升高而急劇降低，嚴(yán)重影響色選機(jī)的工作效率和色選效果，制約著色選行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供涉及一種智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正裝置，具有簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，能滿足色選機(jī)工作要求。本發(fā)明的另一目的是提供一種智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正方法。
[0004]技術(shù)方案:為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正裝置，包括微控制器、數(shù)字恒流源模塊、光照度傳感器模塊、LED光源溫度檢測(cè)模塊、背景板調(diào)整模塊和FPGA信號(hào)處理模塊;所述數(shù)字恒流源模塊、光照度傳感器模塊、LED光源溫度檢測(cè)模塊、背景板調(diào)整模塊和FPGA信號(hào)處理模塊均與微控制器連接;所述的微控制器與散熱裝置相連;所述的FPGA信號(hào)處理模塊與線陣CCD相機(jī)相連;所述的微控制器與色選機(jī)主控板模塊相連。
[0005]在所述微控制器上設(shè)有RS232串口、USB接口、CAN接口、RS485接口、I2C標(biāo)準(zhǔn)總線接口、PffM寄存器和存儲(chǔ)器，所述的存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)該裝置采集到的LED光源照度數(shù)據(jù)。
[0006]所述數(shù)字恒流源模塊，通過微控制器分析采樣電路采集到的數(shù)據(jù)，利用PffM控制方法對(duì)輸出電流進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)電流的閉環(huán)動(dòng)態(tài)跟蹤調(diào)整。
[0007]所述光照度傳感器模塊，用于采集LED光源照度數(shù)據(jù)，流過光敏二極管的電流經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳送到微控制器，將采集到的光源照度與設(shè)定值進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果告知數(shù)字恒流源模塊，數(shù)字恒流源模塊通過PWM控制策略對(duì)輸出電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。
[0008]所述LED光源溫度檢測(cè)模塊，通過線性熱敏電阻溫度傳感器將LED光源溫度轉(zhuǎn)化為電壓量，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器后實(shí)時(shí)傳送到微控制器。
[0009]所述背景板調(diào)整模塊，用于對(duì)線陣CCD相機(jī)進(jìn)行暗場(chǎng)校正和白平衡校正，使得相機(jī)每次采集到的圖像信息的灰度值、信噪比滿足設(shè)定范圍后方可正常工作。
[0010]所述FPGA信號(hào)處理模塊，通過CameraLink線與線陣CCD相機(jī)連接，用CameraLink標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接收線陣CCD相機(jī)采集到的圖像信息，對(duì)相機(jī)進(jìn)行暗場(chǎng)校正和白平衡校正后的灰度值、信噪比與設(shè)定范圍進(jìn)行比較，并告知微控制器調(diào)整光源亮度，進(jìn)而調(diào)整相機(jī)采集到的圖像的灰度值和信噪比。
[0011 ]所述數(shù)字恒流源模塊，包括:D/A轉(zhuǎn)換器;壓控恒流源電路，微控制器將相應(yīng)的數(shù)字量送交D/A轉(zhuǎn)換器，由轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)的模擬電壓量，并將該模擬電壓量輸入至壓控恒流源電路;A/D轉(zhuǎn)換器;采樣電路，通過A/D采樣電路不斷讀取采樣電阻的壓降，并由微控制器對(duì)采樣的數(shù)字量數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，最終根據(jù)分析結(jié)果并結(jié)合PWM控制策略對(duì)輸出電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而構(gòu)成輸出電流的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)輸出電流的恒定。
[0012]所述LED光源溫度檢測(cè)模塊，微控制器將溫度檢測(cè)模塊傳送上來的溫度數(shù)據(jù)與溫度設(shè)定值對(duì)比;若高于設(shè)定值，啟動(dòng)散熱裝置對(duì)LED光源降溫。
[0013]所述的智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正裝置的校正方法:FPGA信號(hào)處理模塊與背景板調(diào)整模塊、線陣CCD相機(jī)配合使用對(duì)一個(gè)色選通道的光源及相機(jī)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使得相機(jī)經(jīng)暗場(chǎng)校正和白平衡校正后所采集到的圖像的灰度值、信噪比在設(shè)定范圍內(nèi)；若不在設(shè)定范圍內(nèi)，不斷調(diào)整光源照度，使得光源照度在設(shè)定范圍內(nèi)且相機(jī)圖像的灰度值、信噪比也在設(shè)定范圍內(nèi)；反復(fù)循環(huán)調(diào)整光源亮度，若相機(jī)圖像的灰度值始終不在設(shè)定范圍內(nèi)，則FPGA信號(hào)處理板將光源燈已損壞的信息經(jīng)微控制器傳至色選機(jī)主控板上。
[0014]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正方法及裝置，實(shí)現(xiàn)了以微控制器為核心融合智能控制技術(shù)、基于FPGA的圖像處理技術(shù)、P麗控制技術(shù)的智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正，該裝置能夠自動(dòng)監(jiān)控由光源老化等原因造成的光場(chǎng)變化情況，根據(jù)光場(chǎng)變化自動(dòng)計(jì)算并設(shè)置各種檢測(cè)參數(shù)，在環(huán)境變化時(shí)保證設(shè)備提供一致的檢測(cè)靈敏度，從而使光學(xué)系統(tǒng)調(diào)整至相機(jī)的最佳工作環(huán)境，為后續(xù)圖像處理算法的實(shí)現(xiàn)提供有利條件。
【附圖說明】
[0015]圖1是智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是照度控制方法流程圖；
圖3是相機(jī)圖像灰度調(diào)整及光源故障檢測(cè)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0017]如圖1所示，智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正裝置，包括微控制器、數(shù)字恒流源模塊、光照度傳感器模塊、LED光源溫度檢測(cè)模塊、背景板調(diào)整模塊和FPGA信號(hào)處理模塊。數(shù)字恒流源模塊、光照度傳感器模塊、LED光源溫度檢測(cè)模塊、背景板調(diào)整模塊和FPGA信號(hào)處理模塊均與微控制器連接;微控制器與散熱裝置相連;FPGA信號(hào)處理模塊與線陣CCD相機(jī)相連;微控制器與色選機(jī)主控板模塊相連。其中，
數(shù)字恒流源模塊，通過微控制器分析采樣電路采集到的數(shù)據(jù)，利用PWM控制策略對(duì)輸出電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤調(diào)整，從而構(gòu)成輸出電流的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)輸出電流的恒定。
[0018]光照度傳感器模塊，用于采集LED光源照度數(shù)據(jù)，將流過光敏二極管的電流經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳送到微控制器。微控制器將檢測(cè)到的光照度值與光照度設(shè)定值比較，采用智能控制方法輸出控制信號(hào)至數(shù)字恒流源模塊，不斷調(diào)整數(shù)字恒流源的輸出電源，進(jìn)而調(diào)整LED光源的亮度至穩(wěn)定狀態(tài)。
[0019]LED光源溫度檢測(cè)模塊，通過線性熱敏電阻溫度傳感器將LED光源溫度轉(zhuǎn)化為電壓量，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器后實(shí)時(shí)傳送到微控制器。微控制器芯片將接收到的溫度數(shù)據(jù)與設(shè)定值對(duì)比。若高于設(shè)定值，啟動(dòng)散熱裝置(風(fēng)機(jī))對(duì)LED光源降溫。
[0020]背景板調(diào)整模塊，用于對(duì)線陣CCD相機(jī)進(jìn)行暗場(chǎng)校正和白平衡校正，使得相機(jī)每次采集到的圖像信息的灰度值和信噪比滿足設(shè)定范圍后方可正常工作；
FPGA信號(hào)處理模塊，通過CameraLink線與線陣(XD相機(jī)連接，可用CameraLink標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接收線陣CCD相機(jī)采集到的圖像信息，對(duì)相機(jī)進(jìn)行暗場(chǎng)校正和白平衡校正后的灰度值、信噪比與設(shè)定范圍進(jìn)行比較，并告知微控制器調(diào)整光源亮度，進(jìn)而調(diào)整相機(jī)采集到的圖像的灰度值和信噪比。
[0021 ]如圖2所示，智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校裝置的照度控制方法:光照度傳感器模塊將流過光敏二極管的電流經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳送到微控制器。微控制器將檢測(cè)到的光照度值與設(shè)定值比較，根據(jù)LED燈光強(qiáng)與電流的非線性關(guān)系，采用智能控制策略輸出控制信號(hào)至恒流源模塊，恒流源模塊接收到控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)壓控恒流源電路輸出電流至LED光源，調(diào)整LED光源的照度。同時(shí)微控制器分析恒流源模塊的采樣電路采集到的數(shù)據(jù)，利用PffM控制策略對(duì)輸出電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤調(diào)整，從而構(gòu)成輸出電流的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)輸出電流的恒定，進(jìn)而保證LED光強(qiáng)的穩(wěn)定。
[0022]如圖3所示，智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正裝置的相機(jī)圖像灰度調(diào)整及光源故障檢測(cè)方法，系統(tǒng)上電一段時(shí)間后，背景板調(diào)整模塊將背景調(diào)至黑色背景，對(duì)相機(jī)進(jìn)行黑場(chǎng)校正;然后背景板調(diào)整模塊將背景調(diào)至灰色背景，對(duì)相機(jī)進(jìn)行白平衡校正；黑場(chǎng)校正和白平衡校正完成后，相機(jī)對(duì)灰色背景采集圖像，將此時(shí)的圖像信息經(jīng)CameraLink標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議送至FPGA信號(hào)處理模塊，F(xiàn)PGA信號(hào)處理模塊若發(fā)現(xiàn)圖像的灰度值或信噪比不在設(shè)定范圍內(nèi)，如圖2所示流程調(diào)整光源亮度，在光照強(qiáng)度滿足設(shè)定條件的前提下，相機(jī)通過暗場(chǎng)校正、白平衡校正后再次采集圖像，判斷圖像信噪比和灰度值是否調(diào)整至所設(shè)范圍內(nèi)。如此反復(fù)進(jìn)行光源照度的調(diào)整，直至采集到的圖像信噪比和灰度值在設(shè)定范圍內(nèi)，色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)校正結(jié)束。若反復(fù)調(diào)整光源但相機(jī)采集到的圖像灰度值始終不在設(shè)定范圍內(nèi)，F(xiàn)PGA信號(hào)處理模塊將光源燈已損壞的信息經(jīng)微控制器傳至色選機(jī)主控板上，在觸摸屏上顯示并提醒客戶檢查光源燈珠并及時(shí)更換。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正裝置，其特征在于:包括微控制器、數(shù)字恒流源模塊、光照度傳感器模塊、LED光源溫度檢測(cè)模塊、背景板調(diào)整模塊和FPGA信號(hào)處理模塊;所述數(shù)字恒流源模塊、光照度傳感器模塊、LED光源溫度檢測(cè)模塊、背景板調(diào)整模塊和FPGA信號(hào)處理模塊均與微控制器連接;所述的微控制器與散熱裝置相連;所述的FPGA信號(hào)處理模塊與線陣CCD相機(jī)相連;所述的微控制器與色選機(jī)主控板模塊相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正裝置，其特征在于:在所述微控制器上設(shè)有RS232串口、USB接口、CAN接口、RS485接口、I2C標(biāo)準(zhǔn)總線接口、PffM寄存器和存儲(chǔ)器，所述的存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)該裝置采集到的LED光源照度數(shù)據(jù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正裝置，其特征在于:所述數(shù)字恒流源模塊，通過微控制器分析采樣電路采集到的數(shù)據(jù)，利用PWM控制方法對(duì)輸出電流進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)電流的閉環(huán)動(dòng)態(tài)跟蹤調(diào)整。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正裝置，其特征在于:所述光照度傳感器模塊，用于采集LED光源照度數(shù)據(jù)，流過光敏二極管的電流經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳送到微控制器，將采集到的光源照度與設(shè)定值進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果告知數(shù)字恒流源模塊，數(shù)字恒流源模塊通過PWM控制策略對(duì)輸出電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正裝置，其特征在于:所述LED光源溫度檢測(cè)模塊，通過線性熱敏電阻溫度傳感器將LED光源溫度轉(zhuǎn)化為電壓量，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器后實(shí)時(shí)傳送到微控制器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正裝置，其特征在于:所述背景板調(diào)整模塊，用于對(duì)線陣CCD相機(jī)進(jìn)行暗場(chǎng)校正和白平衡校正，使得相機(jī)每次采集到的圖像信息的灰度值、信噪比滿足設(shè)定范圍后方可正常工作。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正裝置，其特征在于:所述FPGA信號(hào)處理模塊，通過CameraLink線與線陣CCD相機(jī)連接，用CameraLink標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接收線陣CCD相機(jī)采集到的圖像信息，對(duì)相機(jī)進(jìn)行暗場(chǎng)校正和白平衡校正后的灰度值、信噪比與設(shè)定范圍進(jìn)行比較，并告知微控制器調(diào)整光源亮度，進(jìn)而調(diào)整相機(jī)采集到的圖像的灰度值和信噪比。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正裝置，其特征在于:所述數(shù)字恒流源模塊，包括:D/A轉(zhuǎn)換器;壓控恒流源電路，微控制器將相應(yīng)的數(shù)字量送交D/A轉(zhuǎn)換器，由轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)的模擬電壓量，并將該模擬電壓量輸入至壓控恒流源電路;A/D轉(zhuǎn)換器;采樣電路，通過A/D采樣電路不斷讀取采樣電阻的壓降，并由微控制器對(duì)采樣的數(shù)字量數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，最終根據(jù)分析結(jié)果并結(jié)合PWM控制策略對(duì)輸出電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而構(gòu)成輸出電流的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)輸出電流的恒定。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正裝置，其特征在于:所述LED光源溫度檢測(cè)模塊，微控制器將溫度檢測(cè)模塊傳送上來的溫度數(shù)據(jù)與溫度設(shè)定值對(duì)比；若高于設(shè)定值，啟動(dòng)散熱裝置對(duì)LED光源降溫。10.權(quán)利要求1所述的智能色選機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自適應(yīng)校正裝置的校正方法，其特征在于:FPGA信號(hào)處理模塊與背景板調(diào)整模塊、線陣CCD相機(jī)配合使用對(duì)一個(gè)色選通道的光源及相機(jī)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使得相機(jī)經(jīng)暗場(chǎng)校正和白平衡校正后所采集到的圖像的灰度值、信噪比在設(shè)定范圍內(nèi)；若不在設(shè)定范圍內(nèi)，不斷調(diào)整光源照度，使得光源照度在設(shè)定范圍內(nèi)且相機(jī)圖像的灰度值、信噪比也在設(shè)定范圍內(nèi)；反復(fù)循環(huán)調(diào)整光源亮度，若相機(jī)圖像的灰度值始終不在設(shè)定范圍內(nèi)，則FPGA信號(hào)處理板將光源燈已損壞的信息經(jīng)微控制器傳至色選機(jī)主控板上。
【文檔編號(hào)】B07C5/342GK106094198SQ201610418749
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月15日 公開號(hào)201610418749.7, CN 106094198 A, CN 106094198A, CN 201610418749, CN-A-106094198, CN106094198 A, CN106094198A, CN201610418749, CN201610418749.7
【發(fā)明人】倪超, 李華賽, 汪學(xué)良
【申請(qǐng)人】南京林業(yè)大學(xué)