專利名稱：一種非勻速運動情況下tdi ccd均勻成像的光源頻閃控制方法
—種非勻速運動情況下TDI CCD均勻成像的光源頻閃控制方法技術領域
本發明屬于測量控制領域，尤其涉及一種用于保證照相機成像效果的曝光控制方法。
背景技術：
在對高速、高分辨率要求的帶材(如:帶鋼、玻璃、布匹等)表面質量視覺檢測系統中，數字式相機正在得到越來越多的應用。
CCD(Charge Couple Device,電荷稱合器件)相機作為光電探測圖像采集的前端傳感器，早已被人們所采用。
通用的CXD相機是以CXD為光敏面，利用CXD在設定驅動脈沖驅動下進行自掃描，將按空間分布的圖像分解成與像素對應的時序信號，再按一定的方式輸出合乎規定制式的視頻圖像信號。
TDI (Time Delayed and Integration,時間延遲積分)CO)是近幾年發展起來的一種新型光電傳感器。TDI C⑶的工作原理與普通線陣C⑶的工作原理有所不同，TDIC⑶相機具有多級結構，其通過對同一目標多次曝光，采用延遲積分的方法，利用同步多級時間累積積分來延長曝光時間，，從而提高相機在低照度情況下的靈敏度和信噪比。其優點是大大增加了光能的收集，在光線較暗的場所也能輸出一定信噪比的信號，可大大改善因環境條件惡劣弓I起信噪比太低這一不利因素。
對于M級的TDI C⑶相機，其曝光時間是普通CXD相機的M倍，動態范圍(DynamicRange,照片中最売和最暗的地方之間的跨度，表不圖像中所包含的從“最暗”至“最売”的范圍；其用于抑制曝光不足，同時保持影像的亮度不變。動態范圍越大，所能表現的層次越豐富，所包含的色彩空間也越廣)是普通CCD相機的#倍。
在高速、高分辨率視覺檢測系統中，應用TDI CCD相機進行成像，可以降低光源照度及光能量對相機相對孔徑的要求。
在光源照度一定情況下，在TDI CXD象移與被測對象運動同步時，因TDI C⑶的曝光視覺隨被測對象的速度變化而變化，輸出的被測對象圖像灰度也隨之變化。被測對象運動速度高時，因累積曝光時間短，圖像平均灰度值低；被測對象運動速度低時，累積曝光時間長，圖像平均灰度值高。
為了獲得被測對象均勻一致的灰度圖像，就需要根據被測對象的運動速度對光源進行實時同步控制。
公告日為2011.04.20，授權公告號為CN 101660966B的中國發明專利，公開了“一種TDI CXD相機動態成像的模擬裝置”，其公開了一種用于航天的TDI C⑶動態成像的模擬仿真裝置。
公告日為2010.07.28，授權公告號為CN 101309370B的中國發明專利，公開了“一種TDI CCD器件的光電轉換模擬裝置及方法”，其公開了 TDI CCD器件的光電轉換試驗設備及方法。
但是上述這些專利均未涉及視覺檢測系統中被測對象非勻速情況下均勻成像時光源的控制問題。發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種非勻速運動情況下TDI CXD均勻成像的光源頻閃控制方法，其檢測被測對象的運動速度，根據被測對象的運動速度來實時同步控制光源的頻閃周期，使TDI CCD相機在其推掃周期內總的曝光時間固定，從而實現了對非勻速運動被測對象成像時輸出灰度一致的圖像。
本發明的技術方案是:提供一種非勻速運動情況下TDI CXD均勻成像的光源頻閃控制方法，包括非勻速運動的被測對象和TDI CXD相機，所述的TDI CXD相機為N級，在每N次編碼器信號后觸發一次光源進行曝光，其特征是所述的光源頻閃控制方法至少包括下列步驟:
A、設置一用于配合TDI CXD曝光的LED光源，該LED光源具有納秒級的響應速度，其頻閃可通過脈沖信號來進行控制；
B、設置一頻閃頻率轉換器，該轉換器可將被測對象之運動速度信號轉換成頻閃頻率信號，以此信號來控制LED光源的開啟和關閉頻率，以及TDI CCD相機的同步曝光；
C、檢測被測對象的運動速度；
D、將被測對象的運動速度信號轉換為電信號；
E、將被測對象運動速度的電信號送入頻閃頻率轉換器；
F、頻閃頻率轉換器根據測對象運動速度的電信號生成對應的、具有一定頻率的脈沖信號；
G、將脈沖信號送至LED光源；
H、LED光源根據脈沖信號來進行頻閃；
1、將脈沖信號同步地送至TDI CXD相機，實現同步曝光:
J、對于非勻速運動被測對象的成像，在光源照度一定的情況下，通過控制LED光源的頻閃周期，使TDI CCD象元總的累積曝光量保持穩定，從而獲得不受運動速度影響、灰度均勻的圖像。
進一步的，所述的LED光源，根據被測對象的運動速度，實時地同步調整頻閃頻率，從而使TDI CXD相機獲得灰度一致的被測對象圖像。
進一步的，所述的LED光源頻閃時，每次開啟的時間保持不變，以克服因被測對象速度變化而引起的圖像平均灰度的變化。
在所述的LED光源頻閃時，固定每行CCD推掃周期中LED光源的開啟時間，以克服因被測對象速度變化而引起的圖像平均灰度的變化。
所述的LED光源頻閃時，開啟的時間由TDI CCD相機的級數及視覺檢測系統所需的最高行頻進行限制。
其所述的視覺檢測系統所需最高行頻，受TDI相機的級數與像素行轉移時間的乘積限制，即:
Ate < N/fh
上式中，Λ te為有效曝光時間，N為TDI相機的級數，fh為被測對象最高速度時對應的相機最聞觸發頻率。
具體的，在所述N級TDI C⑶相機拍攝的開始時刻，TDI CXD曝光的區域為A到D，下一時刻，曝光區域為B到E，沿被測對象運動方向依次類推。
所述的LED光源為攝像用LED光源。
所述的頻閃頻率轉換器為速度/電壓-頻率轉換電路。
與現有技術比較，本發明的優點是:
1.根據被測物體的運動速度，來控制LED光源的頻閃頻率，使TDI C⑶相機在其推掃周期內總的曝光時間固定，從而實現了對非勻速運動被測對象成像時輸出灰度一致的圖像；
2.在光源照度一定的情況下，通過控制頻閃周期，使TDI C⑶象元總的累積曝光量保持穩定，從而得到不受運動速度影響、灰度均勻的圖像；
3.由于固定每行CCD推掃周期中LED光源的開啟時間，克服了因被測對象速度變化而引起的圖像平均灰度的變化。


圖1是本控制方法的流程示意圖2是TDI相機頻閃曝光時間分析示意圖3是相機觸發與光源頻閃控制時序示意圖4是TDI相機頻閃成像不意圖5是曝光過程示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
圖1中，本發明的技術方案包括非勻速運動的被測對象和TDI CXD相機，所述的TDI CCD相機為N級，在每N次編碼器信號后觸發一次光源進行曝光，其特征是所述的光源頻閃控制方法至少包括下列步驟:
A、設置一用于配合TDI CXD曝光的LED光源，該LED光源具有納秒級的響應速度，其頻閃可通過脈沖信號來進行控制；
B、設置一頻閃頻率轉換器，該轉換器可將被測對象之運動速度信號轉換成頻閃頻率信號，以此信號來控制LED光源的開啟和關閉頻率，以及TDI CCD相機的同步曝光；
C、檢測被測對象的運動速度；
D、將被測對象的運動速度信號轉換為電信號；
E、將被測對象運動速度的電信號送入頻閃頻率轉換器；
F、頻閃頻率轉換器根據測對象運動速度的電信號生成對應的、具有一定頻率的脈沖信號；
G、將脈沖信號送至LED光源；
H、LED光源根據脈沖信號來進行頻閃；
1、將脈沖信號同步地送至TDI CXD相機，實現同步曝光:
J、對于非勻速運動被測對象的成像，在光源照度一定的情況下，通過控制LED光源的頻閃周期，使TDI CCD象元總的累積曝光量保持穩定，從而獲得不受運動速度影響、灰度均勻的圖像。
進一步的，所述的LED光源，根據被測對象的運動速度，實時地同步調整頻閃頻率，從而使TDI CXD相機獲得灰度一致的被測對象圖像。
進一步的，所述的LED光源頻閃時，每次開啟的時間保持不變，以克服因被測對象速度變化而引起的圖像平均灰度的變化。
在所述的LED光源頻閃時，固定每行CCD推掃周期中LED光源的開啟時間，以克服因被測對象速度變化而引起的圖像平均灰度的變化。
所述的LED光源頻閃時，開啟的時間由TDI CCD相機的級數及視覺檢測系統所需的最高行頻進行限制。
其所述的視覺檢測系統所需最高行頻，受TDI相機的級數與像素行轉移時間的乘積限制，即:
Δ te < N/fh
上式中，Λ te為有效曝光時間，N為TDI相機的級數，fh為被測對象最高速度時對應的相機最聞觸發頻率。
具體的，在所述N級TDI C⑶相機拍攝的開始時刻，TDI CXD曝光的區域為A到D，下一時刻，曝光區域為B到E，沿被測對象運動方向依次類推。
所述的LED光源為攝像用LED光源。
所述的頻閃頻率轉換器為速度/電壓-頻率轉換電路。
由于上述TDI CXD相機、LED光源以及頻率轉換電路均為現有技術，故其具體構成、相互之間的具體連接關系等在此不再敘述。
圖2中，以8級TDI相機為例，給出了配合頻閃光源進行曝光的過程示意。
如TDI相機為N級，則可以在每N次編碼器信號后觸發一次光源進行曝光，光源開啟的時間需小于TDI級數與像素行轉移時間的乘積。
圖3中，給出了相機觸發與光源頻閃時序，其中有效曝光時間為Ate，需注意，該參數必須小于被測對象最高速度時TDI級數與像素行轉移時間的乘積。
設TDI級數為N，被測對象最高速度時對應的相機最高觸發頻率為fh，則有
Δ te < N/fh
上式中，Λ te為有效曝光時間，N為TDI相機的級數，fh為被測對象最高速度時對應的相機最聞觸發頻率。
圖4中，以4級TDI (XD相機成像為例對本技術方案進行說明，設相機行頻為f,頻閃曝光時間為2/f (使其中的兩級TDI象元曝光，另外兩級象元不曝光，達到降低頻閃頻率的目的)。
圖中TD1-1至TD1-4所示區域為TDI相機的CXD靶面，被測對象為A到N區域。
開始時刻，4級TDI CXD曝光的區域為A到D，下一時刻，曝光區域為B到E，沿被測對象運動方向依次類推。
其具體曝光過程示意圖如圖5所示。
由圖3、4和5可知，假設被測對象表面S，在相機行轉移時間(Ι/f)內TDI相機的第i級象元處的電荷累積量為Si,則被測對象表面成像后的效果如圖4中最右側一欄所示。
去除A區域不進行分析，可以發現，被測對象表面成像均為兩級TDI象元感應電荷累積之和。
在4級TDI象元對應的被測對象表面處光源照度均勻一致時，各區域成像灰度一致。
由于上述附圖均采用業內標準畫法和習慣性標注，本領域的技術人員完全可以領會和理解其圖面含義，故不再做進一步的敘述。
由于本技術方案在應用TDI CCD相機的視覺檢測項目中，固定每行CCD推掃周期中LED光源的開啟時間，克服了因被測對象速度變化而引起的圖像平均灰度的變化。
同時，本技術方案在應用TDI CXD相機的視覺檢測項目中，配合TDI CXD曝光的LED光源可根據被測對象的運動速度實時同步調整頻閃頻率，從而獲得灰度一致的被測對象圖像。
本發明可廣泛用于在非勻速運動被測對象的視覺檢測項目領域中，配合TDI CCD相機成像獲得灰度一致的檢測對象圖像。
權利要求
1.一種非勻速運動情況下TDI C⑶均勻成像的光源頻閃控制方法，包括非勻速運動的被測對象和TDI CXD相機，所述的TDI CXD相機為N級，在每N次編碼器信號后觸發一次光源進行曝光，其特征是所述的光源頻閃控制方法至少包括下列步驟: A、設置一用于配合TDICXD曝光的LED光源，該LED光源具有納秒級的響應速度，其頻閃可通過脈沖信號來進行控制； B、設置一頻閃頻率轉換器，該轉換器可將被測對象之運動速度信號轉換成頻閃頻率信號，以此信號來控制LED光源的開啟和關閉頻率，以及TDI CCD相機的同步曝光； C、檢測被測對象的運動速度； D、將被測對象的運動速度信號轉換為電信號； E、將被測對象運動速度的電信號送入頻閃頻率轉換器； F、頻閃頻率轉換器根據測對象運動速度的電信號生成對應的、具有一定頻率的脈沖信號; G、將脈沖信號送至LED光源； H、LED光源根據脈沖信號來進行頻閃； 1、將脈沖信號同步地送至TDICXD相機，實現同步曝光: J、對于非勻速運動被測 對象的成像，在光源照度一定的情況下，通過控制LED光源的頻閃周期，使TDI CCD象元總的累積曝光量保持穩定，從而獲得不受運動速度影響、灰度均勻的圖像。
2.按照權利要求1所述的非勻速運動情況下TDICCD均勻成像的光源頻閃控制方法，其特征是所述的LED光源，根據被測對象的運動速度，實時地同步調整頻閃頻率，從而使TDI CXD相機獲得灰度一致的被測對象圖像。
3.按照權利要求1所述的非勻速運動情況下TDICCD均勻成像的光源頻閃控制方法，其特征是在所述的LED光源頻閃時，每次開啟的時間保持不變，以克服因被測對象速度變化而引起的圖像平均灰度的變化。
4.按照權利要求1所述的非勻速運動情況下TDICCD均勻成像的光源頻閃控制方法，其特征是所述的LED光源頻閃時，固定每行CCD推掃周期中LED光源的開啟時間，以克服因被測對象速度變化而引起的圖像平均灰度的變化。
5.按照權利要求1所述的非勻速運動情況下TDICCD均勻成像的光源頻閃控制方法，其特征是所述的LED光源頻閃時，開啟的時間由TDI CCD相機的級數及視覺檢測系統所需的最高行頻進行限制。
6.按照權利要求1所述的非勻速運動情況下TDICCD均勻成像的光源頻閃控制方法，其特征是所述的視覺檢測系統所需最高行頻，受TDI相機的級數與像素行轉移時間的乘積限制，即: Ate<N/fh 上式中，Λ te為有效曝光時間，N為TDI相機的級數，fh為被測對象最高速度時對應的相機最高觸發頻率。
7.按照權利要求1所述的非勻速運動情況下TDICCD均勻成像的光源頻閃控制方法，其特征是在所述N級TDI C⑶相機拍攝的開始時刻，TDI CXD曝光的區域為A到D，下一時亥IJ，曝光區域為B到E，沿被測對象運動方向依次類推。
8.按照權利要求1所述的非勻速運動情況下TDICCD均勻成像的光源頻閃控制方法，其特征是所述的LED光源為攝像用LED光源。
9.按照權利要求1所述的 非勻速運動情況下TDICCD均勻成像的光源頻閃控制方法，其特征是所述的頻閃頻率轉換器為速度/電壓-頻率轉換電路。
全文摘要
一種非勻速運動情況下TDI CCD均勻成像的光源頻閃控制方法，屬控制領域。其包括非勻速運動的被測對象和TDI CCD相機，其光源頻閃控制方法為設置一個用于配合TDI CCD曝光的LED光源，設置一個頻閃頻率轉換器，將被測對象之運動速度信號轉換成頻閃頻率信號，以此信號來控制LED光源的開啟和關閉頻率，以及控制TDICCD相機的同步曝光。其檢測被測對象的運動速度，根據被測對象的運動速度來實時同步控制光源的頻閃周期，使TDI CCD相機在其推掃周期內總的曝光時間固定，從而實現了對非勻速運動被測對象成像時輸出灰度一致的圖像。
文檔編號G03B15/05GK103139483SQ201110391768
公開日2013年6月5日 申請日期2011年11月30日 優先權日2011年11月30日
發明者彭鐵根, 王康健, 何永輝, 宗德祥, 石桂芬, 陸麗華 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司