本發(fā)明屬于圖像的采集技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于線陣相機(jī)的旋轉(zhuǎn)掃描成像裝置及其成像方法。

背景技術(shù)：

在機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域中，線陣相機(jī)是一類(lèi)特殊的視覺(jué)機(jī)器。顧名思義，其獲得的圖像是呈“線”狀的，長(zhǎng)度極長(zhǎng)，而寬度卻只有幾個(gè)像素而已。線陣相機(jī)有其特有的優(yōu)勢(shì)：線陣相機(jī)及掃描裝置的成本大大低于同等面積、同等分辨率的面陣相機(jī)。線陣相機(jī)的掃描行的坐標(biāo)由光柵提供，高精度光柵尺的示值精度高于面陣相機(jī)像元間距的制造精度，從這個(gè)意義上講，線陣相機(jī)獲取的圖像在掃描方向上的精度高于面陣相機(jī)。因此，目前線陣相機(jī)配合掃描裝置獲取圖像的方法被使用廣泛，主要應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、科研與安全領(lǐng)域的圖像處理，尤其是在要求視場(chǎng)大、圖像分辨率高的情況下甚至不能用面陣相機(jī)代替。

基于線陣相機(jī)的特性，在成像時(shí)需要采用勻速位移傳感器的方式，利用一臺(tái)或多臺(tái)相機(jī)對(duì)被成像對(duì)象進(jìn)行逐行連續(xù)掃描，以達(dá)到對(duì)其整個(gè)表面均勻檢測(cè)，或者對(duì)由多行組成的面陣圖像進(jìn)行處理。這種線掃描方式的成像裝置主要由異步電機(jī)支架和線陣相機(jī)構(gòu)成。線陣相機(jī)在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下橫向或縱向勻速移動(dòng)，按照固定的時(shí)間間隔采集一行圖像，其中時(shí)間間隔主要取決于光積分時(shí)間，再將所拍下的多行圖像合并成一張完整的圖像，從而完成拍攝。

該裝置存在以下缺陷：當(dāng)被拍攝的物體較大時(shí)，由于受到異步電機(jī)支架高度或?qū)挾鹊南拗?，難以獲得完整的圖像，即使能夠獲得也會(huì)耗時(shí)較長(zhǎng)，效率較低；異步電機(jī)支架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，占用空間大，不便于移動(dòng)和放置，不能自由地選擇拍攝對(duì)象和調(diào)整拍攝角度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大、占用空間大、拍攝效率低的缺陷，提供一種基于線陣相機(jī)的旋轉(zhuǎn)掃描成像裝置及其成像方法。

本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題：

一種基于線陣相機(jī)的旋轉(zhuǎn)掃描成像裝置，其包括一線陣相機(jī)，其特征在于，所述線陣相機(jī)的機(jī)身固接一固定部件，所述固定部件連接一驅(qū)動(dòng)所述線陣相機(jī)以固定角度一步一步旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力部件，所述線陣相機(jī)還設(shè)有一支撐所述線陣相機(jī)旋轉(zhuǎn)的支撐部件。

較佳地，所述動(dòng)力部件為步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)可以驅(qū)動(dòng)線陣相機(jī)以固定角度一步一步地旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的控制。

較佳地，所述固定部件為一套筒，所述步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸設(shè)有一電機(jī)齒輪，所述套筒的外部設(shè)有與所述電機(jī)齒輪相嚙合的輪齒。通過(guò)齒輪的嚙合，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的準(zhǔn)確傳遞。

較佳地，所述支撐部件包括一軸承，所述線陣相機(jī)的鏡頭的外部套設(shè)于所述軸承，所述軸承的旋轉(zhuǎn)軸心線與所述套筒的旋轉(zhuǎn)軸心線重合。軸承具有良好的支撐旋轉(zhuǎn)的性能。

較佳地，所述軸承的下方設(shè)有一軸承支架。通過(guò)軸承支架，可以對(duì)軸承及線陣相機(jī)進(jìn)行有效地支撐。

較佳地，所述軸承為滾珠軸承。滾珠軸承具有成本低、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)。

較佳地，所述線陣相機(jī)包括一線陣感光芯片，所述線陣感光芯片設(shè)于所述線陣相機(jī)的鏡頭處。線陣感光芯片為現(xiàn)有的部件，其可以使線陣相機(jī)得到清晰、高保真的圖像。

較佳地，所述基于線陣相機(jī)的旋轉(zhuǎn)掃描成像裝置還包括一計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)分別連接于所述電機(jī)和所述線陣相機(jī)。計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的運(yùn)行、控制及圖像處理能力，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)本裝置的精確控制，并快速準(zhǔn)確地處理本裝置拍攝到的圖像。

一種基于線陣相機(jī)的旋轉(zhuǎn)掃描成像裝置的成像方法，其特點(diǎn)在于，其包括以下步驟：

S1、將前述的基于線陣相機(jī)的旋轉(zhuǎn)掃描成像裝置放置于拍攝位置，調(diào)節(jié)線陣相機(jī)的焦距；

S2、確定線陣相機(jī)每采集一行圖像后的旋轉(zhuǎn)角度α及采集圖像時(shí)曝光時(shí)間；

S3、根據(jù)步驟S2確定的線性相機(jī)的參數(shù)，通過(guò)控制處理設(shè)備設(shè)定并控制動(dòng)力部件，以使動(dòng)力部件驅(qū)動(dòng)線陣相機(jī)旋轉(zhuǎn)；

S4、在動(dòng)力部件驅(qū)動(dòng)下，線陣相機(jī)每采集到一行圖像后旋轉(zhuǎn)α，當(dāng)線陣相機(jī)總共轉(zhuǎn)動(dòng)180°后，線陣相機(jī)完成掃描；

S5、線陣相機(jī)采集到的多行圖像傳輸?shù)娇刂铺幚碓O(shè)備，經(jīng)過(guò)控制處理設(shè)備處理后得到完整的圖像。

其中，所述控制處理設(shè)備為計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的運(yùn)行、控制及圖像處理能力，可以精確地控制本方法的步驟并快速準(zhǔn)確地得到完整的圖像。

本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：即使所拍攝的物體較大，也只需將線陣相機(jī)旋轉(zhuǎn)180°便可采集到完整的圖像，對(duì)拍攝對(duì)象的大小尺寸限制很小，并且能快速高效地拍攝，節(jié)省時(shí)間；裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便、占用空間小、調(diào)節(jié)方便且精確、機(jī)械加工成本低，便于移動(dòng)和放置，因此，可以更自主地選擇拍攝對(duì)象及拍攝角度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例的基于線陣相機(jī)的旋轉(zhuǎn)掃描成像裝置的主視示意圖。

圖2為本發(fā)明較佳實(shí)施例的基于線陣相機(jī)的旋轉(zhuǎn)掃描成像裝置的側(cè)視示意圖。

具體實(shí)施方式

下面舉個(gè)較佳實(shí)施例，并結(jié)合附圖來(lái)更清楚完整地說(shuō)明本發(fā)明。

如圖1和圖2所示，一種基于線陣相機(jī)的旋轉(zhuǎn)掃描成像裝置，其包括線陣相機(jī)1和步進(jìn)電機(jī)8，步進(jìn)電機(jī)8下方設(shè)有電機(jī)支架7；步進(jìn)電機(jī)8的轉(zhuǎn)軸設(shè)有電機(jī)齒輪6；線陣相機(jī)1的機(jī)身固接套筒4，套筒4的外部設(shè)有與電機(jī)齒輪6相嚙合的輪齒；線陣相機(jī)1的鏡頭的外部套設(shè)有支撐線陣相機(jī)1旋轉(zhuǎn)的滾珠軸承3，滾珠軸承3的軸心線與套筒4的軸心線重合；滾珠軸承3的下方設(shè)有軸承支架5；線陣相機(jī)1包括線陣感光芯片2，線陣感光芯片2設(shè)于線陣相機(jī)1的鏡頭處；步進(jìn)電機(jī)8和線陣相機(jī)1分別通過(guò)連接線10連接一計(jì)算機(jī)11。其中，線陣相機(jī)1通過(guò)線陣相機(jī)電源接口9與電源連接。

計(jì)算機(jī)11控制步進(jìn)電機(jī)8以設(shè)定參數(shù)運(yùn)行，步進(jìn)電機(jī)8的轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)電機(jī)齒輪6做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。電機(jī)齒輪6與套筒4的輪齒嚙合，進(jìn)而帶動(dòng)套筒4旋轉(zhuǎn)。由于套筒4固定在線陣相機(jī)1外部，則線陣相機(jī)1和線陣感光芯片2隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。滾珠軸承3的內(nèi)圈固定在線陣相機(jī)的鏡頭的外部，可保證線陣相機(jī)1做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，兩者由軸承支架5支承。

其中，基于精度的要求，選擇線陣相機(jī)1和線陣感光芯片2每采集一行圖像后的旋轉(zhuǎn)角度α，并通過(guò)計(jì)算機(jī)11設(shè)定來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)8，進(jìn)而帶動(dòng)線陣相機(jī)1和線陣感光芯片2旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)過(guò)程中掃描被拍攝對(duì)象，當(dāng)線陣相機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)180°時(shí)即可完成掃描，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行步數(shù)N＝180/α。采集到的多行圖像由連接線10傳輸?shù)接?jì)算機(jī)11，經(jīng)過(guò)軟件合并處理后得到完整的圖像。

本實(shí)施例的基于線陣相機(jī)的旋轉(zhuǎn)掃描成像裝置的成像方法，其包括以下步驟：

S1、將本實(shí)施例的基于線陣相機(jī)的旋轉(zhuǎn)掃描成像裝置放置于拍攝位置，將該裝置調(diào)整到合適的拍攝角度，并調(diào)節(jié)線陣相機(jī)的焦距；

S2、基于精度要求，選擇并確定線陣相機(jī)每采集一行圖像后的旋轉(zhuǎn)角度α及采集圖像時(shí)曝光時(shí)間t；

S3、根據(jù)步驟S2確定的線性相機(jī)的參數(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)定并控制步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)電機(jī)齒輪帶動(dòng)套筒和線陣相機(jī)旋轉(zhuǎn)；

S4、在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，線陣相機(jī)每采集到一行圖像后旋轉(zhuǎn)α，當(dāng)線陣相機(jī)總共轉(zhuǎn)動(dòng)180°后，線陣相機(jī)完成掃描；

S5、線陣相機(jī)采集到的多行圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)控制處理設(shè)備的軟件處理后得到完整的圖像。

以下為本實(shí)施例實(shí)際應(yīng)用的具體實(shí)施方案：

基于單噴嘴甲烷同軸射流擴(kuò)散火焰的實(shí)驗(yàn)研究，應(yīng)用本發(fā)明采集火焰圖像。噴嘴為同軸三通道非預(yù)混式結(jié)構(gòu)，其中，中心通道為甲烷，環(huán)隙為氧氣，外環(huán)通過(guò)氮?dú)馀c空氣隔絕。線陣相機(jī)采用五鈴光學(xué)股份有限公司的制冷型高光譜相機(jī)(具體型號(hào)為V8E-EMCCD)，其工作波長(zhǎng)范圍是380～800nm，為可見(jiàn)光范圍。

首先，使甲烷在實(shí)驗(yàn)條件下穩(wěn)定燃燒，將本裝置放置到便于拍攝的位置和角度，并調(diào)節(jié)高光譜相機(jī)的焦距使成像清晰；再基于實(shí)驗(yàn)精度要求，選擇相機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度為0.5°，曝光時(shí)間為30ms，并且采用3次平均得到最終火焰圖像；使用計(jì)算機(jī)設(shè)定并控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)高光譜相機(jī)每間隔90ms旋轉(zhuǎn)0.5°，當(dāng)相機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)180°時(shí)即可完成對(duì)甲烷火焰的掃描，則步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行步數(shù)N＝180/0.5＝360；最后，所采集到的多行圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)軟件處理合并得到完整的甲烷火焰圖像。

本實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便、占用空間小，能夠進(jìn)行方便且精確地調(diào)節(jié)，其機(jī)械加工成本低，便于移動(dòng)和放置，因此，使用者可以更自主地選擇拍攝對(duì)象及拍攝角度等。

采用本實(shí)施例的基于線陣相機(jī)的旋轉(zhuǎn)掃描成像裝置，即使所拍攝的物體較大，也只需將線陣相機(jī)旋轉(zhuǎn)180°便可采集到完整的圖像，因此，本實(shí)施例的裝置旋轉(zhuǎn)掃描成像不受所拍攝對(duì)象大小的限制，可以適用于尺寸較大的拍攝對(duì)象，本裝置拍攝時(shí)采集圖像快速高效，可以節(jié)省拍攝時(shí)間。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn) 化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這僅是舉例說(shuō)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書(shū)限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。