[发明专利]红外LED光源光笔测量系统自适应发光调节方法

说明书

本发明涉及光笔式坐标测量系统技术领域，为解决现有光笔自适应发光调节易受干扰、效率低、调节能力弱的问题，为使光笔在各种条件下，都能快速自适应调节到理想成像状态。本发明红外LED光源光笔测量系统自适应发光调节方法，采用双曝光采样技术对光笔发光图像进行采集，先采集一帧光靶标不发光的图像，再采集一帧光靶标发光时的图像，二者相减，得到最终图像；双曝光过程中采用自适应发光调节，自适应发光调节分两步进行，第一步，相机曝光时间粗调节；第二步，每个LED电流精调节，最终调节至所有光靶标图像都符合要求。本发明主要应用于光笔式坐标测量系统设计制造场合。

技术领域

本发明涉及光笔式坐标测量系统技术领域，尤其是红外LED光源光笔测量系统自适应发光调节方法。

背景技术

光笔式三坐标测量系统是一种应用广泛的便携式测量设备，除了具有精度高、测量范围广等优点外，还拥有出色的隐藏点测量能力。光笔的测量原理是通过拍摄光笔上光靶标图像，然后根据它们在图像中投影位置并结合光靶标的空间相对位置，解算出光笔探针坐标，所以光靶标投影点定位精度直接影响光笔系统测量精度。红外LED具有良好的发光和成像特性，常被用来作为光笔测量系统的光靶标。具备了合适的光源，还需要获得理想的即易进行高精度中心提取的光靶标图像。由于光笔系统测量过程中光笔需要不断移动，并且光笔上各个光靶标的发光特性间也有差异，所以实现测量过程中光靶标自适应发光以获得理想图像具有重大意义。红外LED具有良好的调节特性，发光功率和驱动电流近似呈正比关系，但不足之处是LED驱动电流有一定限制，过大或过小都会影响发光特性。目前光笔测量系统中，自适应发光调节一般方法是：首先根据图像进行物像匹配，即实现图像中光斑和实际空间的光靶标一一对应，然后根据各个光靶标成像情况对相应LED驱动电流进行调控，按以上步骤反复调节至所有光靶标成像都达到理想状态。上述自适应发光调节法存在以下缺陷：①调节效果易受外界杂散光干扰②调节过程中每幅图像都需进行光斑中心定位和物像匹配等处理，影响了调节速率③光靶标电流范围有限，限制了系统的调控能力；上述几点都影响到自适应调节效率，导致系统测量速度和精度都难以提升。

发明内容

为克服现有技术的不足，解决现有光笔自适应发光调节易受干扰、效率低、调节能力弱的问题，本发明提出一种高效的自适应发光调节方法，采用两步法对相机曝光和光靶标电流联合调控，使光笔在各种条件下，都能快速自适应调节到理想成像状态。本发明实现光笔光靶标自适应发光的技术方案如下：红外LED光源光笔测量系统自适应发光调节方法，采用双曝光采样技术对光笔发光图像进行采集，先采集一帧光靶标不发光的图像，再采集一帧光靶标发光时的图像，二者相减，得到最终图像；双曝光过程中采用自适应发光调节，自适应发光调节分两步进行，第一步，相机曝光时间粗调节，直接根据灰度分布，判断光斑图像过饱和还是成像过弱，通过调整相机曝光时间，使所有光靶标成像快速达到理想状态附近；第二步，每个LED电流精调节，首先进行光斑中心定位和物像匹配，然后根据各光靶标成像实际状态，对应调节每个LED光靶标的电流大小，如果有LED电流需调节超过限定值时，通过进行曝光时间和所有LED发光电流联调的方法扩大调节范围，最终调节至所有光靶标图像都符合要求。

在一个实例中，

1)，红外LED的理想成像状态为，光斑中心像素灰度值未饱和但同时要大于一定阈值，存在最大最小灰度值G_max、G_min限制；

2)根据成像芯片CCD或CMOS工作原理，光斑中心像素值大小与相机曝光时间以及LED电流大小均呈正比关系；

3)为保证良好发光特性，LED有最小和最大电流限制I_max,I_min；

设光靶标个数为N，自适应调节具体实施步骤为：