[发明专利]一种LED结构光源的均匀照射设计方法

摘要

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。

主权项

1.一种LED结构光源的均匀照射设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1建立坐标系O‑X‑Y，点0(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)，定义辐照度角根据LED光斑的中心光线设置协调系统，在单个LED的照射下，任意一个被检测点P(x，y)的亮度方程为：被检测点P(x，y)的辐照度角为：式中，I_C为中心亮度值，h tan θ_p为被检测点P(x，y)与光斑中心的距离，α(h)为沿中心轴方向的衰减率，β(h tanθ_p)为沿半径方向的衰减率，为距离的衰减函数；S2基于单个LED照射模型的基础上，给出了多个同色光LED在任一指定点处的亮度叠加特性；在同一视场中获取两幅图像，这两幅图像分别由两个不同位置的同色光LED对同一指定点进行照射所得，并且具有与视场中心偏移的相同距离；此外，在该视场中再获取一幅图像，该图像由所述两个不同位置的同色光LED同时照射前述指定点所得；视场中任一指定点的亮度由该点的灰度值评估，且所获得图像的所有灰度值均被调整到[0‑255]范围内，灰度值100等于每像素区域0.74uw；根据所得到的照射结果及其灰度分布模型，并基于亮度与灰度值的转换关系，对获得的实验数据进行特定的处理后，通过使用最小二乘法拟合，可求得两个色光LED的亮度叠加特性方程为：z＝ax+by                (3)式中，a、b分别为LED光源的叠加系数，x、y分别为前面所述的两个不同位置的同色光LED单独照射同一指定点时对应的灰度值，z为前面所述的两个不同位置的同色光LED同时照射前述指定点时对应的灰度值；当两个以上的同色光LED同时照射时，亮度叠加特性依据方程(3)计算；S3基于LED环形阵列结构光源的设计方法，建立LED环形阵列结构光源的均匀照射设计模型，并在所述均匀照射设计模型的基础上，将结构光源的均匀照射设计方法分解为两个子方法。