[发明专利]一种基于皮革表面缺陷检测的LED自由曲面阵列

说明书

本发明公开了一种基于皮革表面缺陷检测的LED自由曲面阵列，属于机器视觉检测LED照明领域。通过构建一个空间LED自由曲面上的阵列离轴照度分布理论模型；引入基于模拟退火的粒子群优化算法和设定约束条件，构建均匀度评价函数，优化模拟获得可实现单侧离轴均匀照明的LED自由曲面阵列的最优解。所述的LED阵列能够实现均匀照明，照度均匀度达到91.86％。本发明的LED自由曲面阵列能够用于单色纹理皮革印制过程的检测，能够凸显并易于直接在线检测，达到了通过单侧离轴均匀照明法检测印染缺陷的目的。本发明的LED自由曲面阵列照明可以准确、快速的检测皮革表面的暗纹。

技术领域

本发明涉及一种基于皮革表面缺陷检测的LED自由曲面阵列，属于机器视觉检测LED照明领域。

背景技术

人造皮革由于价格低廉，色彩丰富等优点已经广泛应用于我们的生活中，人们对皮革产品的质量要求也越来越高，不仅对皮革表面气泡、白斑、暗纹、划痕、污渍等较为明显的缺陷必须检测，对一些只能在某些角度或特殊照明才能看到的颜色不均等印染缺陷也不容忽视了。为了提高生产效率和产品质量的稳定性，机器视觉检测成为发展趋势。照明光源是机器视觉系统的重要组成部分。光源的选择会影响到成像质量，进而影响到整个系统的性能。光源的作用是获得对比鲜明的图像、将感兴趣部分和其他部分的灰度值差异加大、尽量消除不感兴趣部分、提高信噪比，利于图像处理等。

在皮革表面检测中，由于皮革自身纹理的存在，会影响检测结果，采用合理的照明方式加大缺陷与皮革自身纹理的对比就显得尤为重要。对于单色的皮革纹理表面存在的印染缺陷，只有通过单方向的低角度均匀照明才能突显出来。目前已有的解决方式是通过图像处理使不均匀照明所获得的图像达到检测要求，但是图像处理不仅会增加运算时间，而且稳定性较差。采用一种能够实现单侧离轴均匀照明的光源减少了图像处理的运算时间，提高了系统的稳定性，进一步地提高了检测系统成功率和效率。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种基于皮革表面缺陷检测的LED自由曲面阵列。通过构建一个LED离轴照度分布理论模型，利用粒子群优化算法得出一组最优解，得出一个能够实现对目标面均匀照射的LED阵列。

本发明的技术方案：

一种基于皮革表面缺陷检测的LED自由曲面阵列，通过(1)构建一个空间LED自由曲面上的阵列离轴照度分布理论模型；(2)引入基于模拟退火的粒子群优化算法、设定约束条件、构建均匀度评价函数，优化模拟获得能够实现单侧离轴均匀照明的LED自由曲面阵列的最优解；得出一个LED自由曲面阵列。

在一种实施方式中，所述的LED阵列能够实现均匀照明，照度均匀度达到91.86％。

一种基于皮革表面缺陷检测的LED自由曲面阵列，LED阵列照度分布为

其中(X,Y,Z)是LED在空间坐标系的坐标，n₁是LED行的总数，n₂是LED列的总数，其中x，y是目标面上任意一点在x，y轴上的坐标，中I₀为LED的光强，θ_1/2为LED半角宽度，Z是LED的位置到目标面的距离，α为光轴与目标面的法线的夹角，β是目标面上任意一点光线照射角度与目标面法线的夹角，i是LED阵列中某颗LED所在的行数，j是LED阵列中某颗LED所在的列数。

在一种实施方式中，LED阵列中每颗LED的位置和角度符合：

在一种实施方式中，所述的构建一个空间LED自由曲面上的阵列离轴照度分布理论模型包括：

Ⅰ.计算LED同轴照明时，目标面上任意一点的D(x,y,0)处的照度为式(1)，所述的同轴照明是LED光轴与目标面的法线平行，如图1所示；