[发明专利]一种LED结构光源的均匀照射设计方法

说明书

本发明涉及机器视觉领域，具体地说是涉及一种发光二极管(LED)结构光源的均匀照射设计方法，而且该光源设计方法中的LED阵列并不都处于同一平面上。一种LED结构光源的均匀照射设计方法，包括单个LED的照射模型和该模型视场中任一指定点处的亮度方程和辐照度角方程；多个同色光LED的照射模型和多个同色光LED在任一指定点处的亮度叠加特性；LED结构光源的均匀性照射设计模型和一种LED环形阵列结构光源的均匀照射设计方法。而且该设计方法可进一步分解为两个子方法，以简化设计过程，降低设计难度。该光源设计方法可广泛应用于结构光源的设计过程，具有广阔的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及机器视觉领域，具体地说是涉及一种LED结构光源的均匀照射设计方法。

背景技术

由于图像处理成本的制约，获取的图像质量会影响检测算法的设计，也会影响视觉检测系统的准确性和可靠性，因此，获取高质量的图像成为了视觉检测系统的一个重要组成部分。在主动视觉检测系统中，通过精确的光照结构设计，可以准确地分离被检测图像中的目标信息和背景信息。通常，不同的被测物体需要不同的光源照明，以便更清晰地突出目标信息和背景信息。因此，由于被测物体的多样性，光源的照射设计方法也有所不同。单目视觉检测系统通常采用结构光源来检测复杂的物体，尤其是微小的物体，比如印刷电路板(PCB)的锡膏质量、电子元器件的安装质量、PCB的焊点质量等。在此类被测物体的检测过程中，通常会采用特殊的光源结构，将目标信息尽可能多地映射到彩色图像中，根据要求突显目标信息和背景信息，从而更有利于后续的图像处理。

LED阵列结构光源由于其响应速度快、寿命长、成本低、亮度可调、结构可配置、易散热等诸多优点，在自动光学检测系统(AOIs)中得到了广泛的应用。由于被测物体的种类繁多，LED阵列光源被设计成各种各样的独特结构，如圆形、环形、矩形、直线形、平面形等。另外，为了获得理想的照明效果，通常需要设计由LED阵列组成的独特光源结构，这说明LED的性能对决定光源结构起着至关重要的作用。一方面，尽管不少文献对LED的性能进行了大量的研究。但是，如何设计和优化LED阵列结构光源，这在文献中却鲜有提及。另一方面，由于LED阵列不在同一平面上，LED的辐照度模型与光源结构之间的关系需要进行确认和参数化。而且，更重要的是，由LED阵列组成的结构光源在AOI中得到了广泛的应用。

发明内容

本发明的目的在于使LED阵列结构光源具备更高质量的亮度和光强均匀性，从而更有利于检测不规则的圆形目标和小尺寸目标，提升视觉系统的检测性能，提出了一种LED结构光源的均匀照射设计方法。

为了实现上述的目的，采用如下的技术方案。

一种基于权利要求1所述LED结构光源的均匀照射设计方法，包括以下步骤：

S1给出单个LED的照射模型；

S2给出多个同色光LED在任一指定点处的亮度叠加特性；

S3基于所述的LED环形阵列结构光源的均匀照射设计模型，提出一种LED环形阵列结构光源的均匀照射设计方法。

步骤S1包括：根据单个LED照射的实验结果，得到与之对应的单个LED照射模型，并结合已知参数，可求出在单个LED的照射下，视场内任意一个被检测点P(x,y)的亮度I_p(x,y)和辐照度角θ_p。

步骤S1具体包括：

建立坐标系O-X-Y，点O(0,0)为坐标系原点，X轴沿水平线方向；

在O-X-Y的二维坐标系中，LED安装位置位于平面XOY外，且在原点正上方处。h为LED照射到平面XOY的垂直距离，r为LED照射时在平面XOY形成的圆形光斑的半径，P点为光斑内任意点，坐标为P(x,y)，定义辐照度角