[发明专利]一种基于工业相机的高动态视觉系统和合成方法

权利要求书

1.一种基于工业相机的高动态视觉系统，其特征在于，所述系统包括：激光熔敷头或焊枪、工业相机、相机防水防尘罩、局部干法排水罩、运动控制系统、单片机、运动执行机构或机器人、焊接电源或激光器与工控机；所述

激光熔敷头或焊枪和工业相机通过焊枪夹持装置固定在机器人机械臂或运动机构末端；所述激光熔敷头或焊枪通过焊接电源或激光器输出功率控制；

局部干法排水罩固定在激光熔敷头或焊枪上，用于焊枪移动时局部干法排水罩跟着激光熔敷头或焊枪一起移动；

工业相机与激光熔敷头或焊枪之间通过连杆保持相对位置固定，相机防水防尘罩通过局部干法排水罩透明窗口拍摄激光熔敷头或焊枪末端至工件这一区域的图像；

运动控制器，用于控制机器人或运动机构末端激光熔敷头或焊枪沿着焊缝移动；

单片机，用于产生占空比不同的矩形波形信号控制工业相机的快门开关和曝光时间；

工控机，用于接收工业相机拍摄的图像，并采用图像处理和融合算法将接收到的图像进行合成，形成高动态视频流，并通过显示器显示或传输到下一图像处理模块；

所述图像处理和融合算法为：

1)采用梯度法计算每张图像每个像素点的x、y方向梯度值；

公式(1)、(2)中的F_n(x,y)、F_n(x+1,y)、F_n(x,y+1)分别为第n幅图像像素点(x,y)、(x+1,y)、(x,y+1)的灰度值，分别为第n幅图像像素点(x,y)的x、y方向梯度值；

2)求出每个像素点梯度向量的模值和梯度方向；

3)比较每张图像对应像素点的梯度向量模值大小，选择最大值作为新合成图像该像素点的梯度模值；

4)根据新合成图像上每个像素点的梯度模值g(x,y)和在原图像序列所对应的梯度方向，获得新合成图像上每个像素点的x、y方向梯度值g^x(x,y)、g^y(x,y)，则该像素点梯度向量为G(x,y)＝[g^x(x,y),g^y(x,y)]^T；

5)新合成图像的梯度向量与像素点灰度值存在如下关系：

公式中

为了求得新合成图像上每个像素点的灰度值，对公式(5)进行微分变换，得泊松方程为

加上狄利克雷边界约束条件：新合成图像的融合边界灰度值值等于每张图像上对应边界灰度值的平均值，即

该公式中(x,y)为边界像素点的坐标；

因此可以根据泊松方程求解方法将公式(5)化为矩阵化方程组形式：Ax＝b，最后利用雅可比迭代法求解可得新合成图像的灰度值。

2.如权利要求1所述的基于工业相机的高动态视觉系统，其特征在于，所述局部干法排水罩包括密封圈、透明窗、进气口和出气口；所述密封圈设置在排水罩体的底部，用于阻止焊接过程中水的渗透；所述透明窗设置在局部干法排水罩的一端，以使图像进行图像采集；所述进气口设置于与透明窗相对的一端即局部干法排水罩的另一端；

在所述局部干法排水罩一端下部增设一凸出体，在该凸出体的端部设置出气口。

3.如权利要求1所述的基于工业相机的高动态视觉系统，其特征在于，所述激光熔敷头或焊枪、局部干法排水罩与工业相机通过固定装置保持相对位置固定，并通过运动执行机构或机器人控制沿着焊缝运动，完成激光熔敷或焊接过程及视觉检测。

4.如权利要求1所述的基于工业相机的高动态视觉系统，其特征在于，所述工业相机处于外部触发模式，并通过外部输入触发信号，所述触发信号为矩形波形；所述信号波形具有高电平与低电平两种状态，分别对应3.3V与0V；当工业相机接收到低电平转高电平信号时候，工业相机快门打开；当接收到高电平转低电平信号时候，相机快门关闭；相机打开与关闭之间的这段时间即为相机采集一帧图片的曝光时间。