[发明专利]用于TDI CCD相机对非匀速运动对象的成像方法和装置

说明书

技术领域

    本发明涉及工业视觉检测技术，尤其涉及一种用于TDI CCD相机对非匀速运动对象的成像方法和装置。

背景技术

TDI相机是近年来发展起来的一种新技术，TDI（Time Delayed Integration，时间延迟积分）CCD是近几年发展起来的一种新型光电传感器。TDI-CCD是基于对同一目标多次曝光，通过延迟积分的方法，大大增加了光能的收集，与一般线阵CCD相比，它具有响应度高、动态范围宽等优点。TDI相机CCD芯片利用时间延迟积分技术对同一目标进行多次曝光，从而使获得的图像信号具有很高的灵敏度和信噪比。正是这一优势，使得TDI相机广泛应用于航天遥感遥测等领域。

TDI相机为了满足快速成像的技术要求，在设计时最大限度地实现最长时间的曝光，并最大限度地利用两次曝光触发信号之间的时间间隔，因此其曝光时间设计为不可调。对于匀速运动对象及在光源照度不变的情况，TDI相机可以很好地满足应用要求。在工业视觉检测应用领域，因为大多数被测对象的运动速度并不是恒定的，当光源照度保持不变时，因与被测对象运动速度相关联的曝光时间的不确定，当速度变化较大时得到的图像将会出现较大的明暗区别，从而影响检测系统的性能。被测对象运动速度高时，因累积曝光时间短，图像平均灰度值低；被测对象运动速度低时，累积曝光时间长，图像平均灰度值高。因此，TDI CCD相机一般只用于被测对象速度变化不大或匀速运动的场合。

为了在工业视觉检测系统中有效应用TDI相机的这一快速成像技术优势，需要适当地改变检测环境，以期得到灰度较一致的被测对象图像。在相机光圈、成像距离等参数一定的情况下，图像灰度与曝光时间及光源照度密切相关。被测对象运动速度快时，TDI相机的曝光时间短；被测对象运动速度慢时，TDI相机的曝光时间长。为了得到灰度较一致的图像，则需要在被测对象运动速度快时，适当提高常亮光源照度，被测对象速度慢时，适当降低常亮光源照度。另外，为了保证TDI CCD相机清晰成像，需保持行扫速率与被测对象运动速率的严格同步。

中国专利CN101660966 公开了一种TDI CCD相机动态成像的模拟装置，该装置应用于航天领域；中国专利CN101309370 公开一种TDI CCD器件的光电转换模拟装置及方法”，该专利描述了TDI CCD器件的光电转换试验设备及方法。这些专利均未涉及视觉检测系统中被测对象非匀速运动情况下的成像技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于TDI CCD相机对非匀速运动对象的成像方法和装置，该方法和装置能实现非匀速运动情况下，被测对象清晰成像并获得灰度均匀的图像。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于TDI CCD相机对非匀速运动对象的成像方法，将与被测运动对象连接的旋转编码器测得的速度信号分两路输送至光源照度控制器和相机触发频率控制器，光源照度控制器控制光源照度，相机触发频率控制器控制TDI CCD相机曝光，TDI CCD相机行扫速率与被测对象的运动速率同步，完成被测对象的成像。

所述相机触发频率控制器输出信号为                                               ，其中：旋转编码器输出脉冲频率，为相机触发信号转换系数；

        

所述光源照度控制器将脉冲频率信号转换成电压信号，电压信号控制恒流源，进而输出电流给LED光源，从而调节光源照度。

一种用于TDI CCD相机对非匀速运动对象的成像装置，包括滚筒、旋转编码器、光源、TDI相机、光源照度控制器、相机触发频率控制器，滚筒经轴安装在轴承座上，调速电机经减速器和联轴器与轴连接驱动滚筒转动，模拟检测对象固定在滚筒上，调速电机由调速控制器控制，在轴的一端装有旋转编码器；光源安装在光源调整机构上，TDI相机安装在相机调整机构上，相机调整机构安装在相机固定支架上，光源照度控制器和相机触发频率控制器安装在安装支架上，旋转编码器输出线分别连接光源照度控制器和相机触发频率控制器，光源照度控制器接光源，光源照度控制器包括频率-电压转换器和恒流源，相机触发频率控制器输出线接TDI相机。

所述光源为LED光源，该LED光源具有纳秒级响应速度。

本发明的技术方案与现有技术相比，其有益效果是：

1、在应用TDI CCD相机的视觉检测项目中，克服了因被测对象速度变化而引起的图像平均灰度的变化。