机器视觉检测系统

摘要

本实用新型涉及机器视觉领域，公开一种机器视觉检测系统，用于快速、准确地检测出具有LBP(Local Binary Patterns,局部二值模式)特征集的目标物。所述机器视觉检测系统工作流程包括：FPGA(Field‑Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)控制与处理模块下达光强检测命令后，根据光强检测模块检测到的环境光强信号调整摄像头模块的曝光时间。摄像头模块有序地采集每帧图像并输入到FPGA控制与处理模块，进行图像预处理、图像金字塔建立以及使用固定大小的检测窗口，调用串并联结构的LBP特征级联分类器对图像金字塔各层图像进行目标物的检测，获取图像中不同尺度的目标物区域。最后合并相同位置的目标物区域，删除误检的区域，并且将检测结果上传至上位机模块。

主权项

一种机器视觉检测系统，其特征在于，所述机器视觉检测系统包括FPGA控制与处理模块、光强检测模块、摄像头模块、图像缓存模块、通信接口模块、上位机模块；所述光强检测模块、所述摄像头模块、所述图像缓存模块、所述通信接口模块都与所述FPGA控制与处理模块电连接；所述通信接口模块与所述上位机模块电连接；其中，所述光强检测模块，用于检测所述摄像头模块拍摄的环境的光强并转换成对应的光强信号输入至所述FPGA控制与处理模块；所述摄像头模块，用于采集图像并转换成对应的图像数据输入至所述FPGA控制与处理模块；根据检测区域的大小，所述摄像头模块采用单摄像头或多摄像头两种方式；在多摄像头方式下，所有摄像头按特定方式安置，确保同时采集相邻区域的图像，使之比单摄像头方式下采集更大区域范围的图像；所述图像缓存模块，用于缓存所述摄像头模块采集的图像的灰度化数据，解决图像采集与图像处理对图像数据存取时间不一致的冲突；所述通信接口模块，用于对所述FPGA控制与处理模块和所述上位机模块之间传输的信号进行电平转换；所述上位机模块，用于显示所述机器视觉检测系统的检测结果，包括目标物所在区域位置和目标物所在区域大小；所述FPGA控制与处理模块，用于配置所述摄像头模块的参数，给所述光强检测模块下达检测使能信号并且通过检测反馈的光强信号配置所述摄像头模块的曝光时间；然后将所述摄像头模块采集的图像进行数据格式转换、缓存至所述图像缓存模块以及进行目标物检测；当所述摄像头模块采用多摄像头方式时，进行目标物检测前需要将相邻摄像头拍摄的图像的边缘进行拼接，使相邻摄像头拍摄的交界区域都能进行有效的目标物检测；最后将检测结果通过所述通信接口模块上传至所述上位机模块进行显示；所述FPGA控制与处理模块包括光强检测使能模块、摄像头配置模块、图像格式转换模块、图像缓存控制模块、图像拼接使能模块、图像拼接模块、图像金字塔模块、LBP特征级联分类器模块、目标区域处理模块、通信接口控制模块；所述光强检测使能模块与所述光强检测模块的输入端连接，所述 光强检测模块的输出端经所述摄像头配置模块与所述摄像头模块的输入端连接，所述摄像头模块的输出端经所述图像格式转换模块与所述图像缓存控制模块的输入端连接，所述图像缓存控制模块与所述图像缓存模块进行双向传输，所述图像缓存控制模块的输出端经所述图像拼接模块与所述图像金字塔模块的输入端连接，所述图像拼接使能模块与所述图像拼接模块连接，所述图像金字塔模块的输出端经所述LBP特征级联分类器模块与所述目标区域处理模块的输入端连接，所述目标区域处理模块的输出端与所述通信接口控制模块的输入端连接，所述通信接口控制模块与所述通信接口模块进行双向传输；其中，所述光强检测使能模块，用于在所述机器视觉检测系统工作时，通过给所述光强检测模块下达使能信号使之工作；所述摄像头配置模块，用于配置所述摄像头模块的参数，以及根据所述光强检测模块反馈的光强信号配置所述摄像头模块的曝光时间；所述图像格式转换模块，用于将所述摄像头模块拍摄的图像数据进行灰度值格式转换；所述图像缓存控制模块，用于控制所述图像格式转换模块输出的灰度图像数据输入至所述图像缓存模块，以及控制所述图像缓存模块输出的灰度图像数据输入至所述图像拼接模块；所述图像拼接使能模块，用于控制所述图像拼接模块的工作模式；当所述摄像头模块采用多摄像头方式时，所述图像拼接使能模块给所述图像拼接模块发送使能信号；当所述摄像头模块采用单摄像头方式时，所述图像拼接使能模块给所述图像拼接模块发送非使能信号；所述图像拼接模块，用于处理所述图像缓存控制模块输出的图像数据；当从所述图像拼接使能模块接收到使能信号时，所述图像拼接模块将所述图像缓存控制模块输出的所述摄像头模块全部摄像头同一时刻拍摄的图像数据合并成一帧连贯且不重复、边界拼接缝隙不明显的图像数据，然后将整帧图像数据输出至所述图像金字塔模块；当从所述图像拼接使能模块接收到非使能信号时，所述图像拼接模块将所述图像缓存控制模块输出的图像数据直接输出至所述图像金字塔模块；所述图像金字塔模块，用于将所述图像拼接模块输出的每帧灰度图按比 例缩小以构建金字塔状排列的分辨率逐步降低的图像集合，并且根据实际应用场合中目标物区域面积占据整帧图像面积的比例范围，设置所述图像金字塔模块的图像集合的上限分辨率和下限分辨率，所述图像金字塔模块的各层存放分辨率不同的图像；所述LBP特征级联分类器模块，用于使用固定大小的检测窗口，调用串并联结构的LBP特征级联分类器对所述图像金字塔模块的各层图像进行目标物检测，以获取原始图像中不同尺度的目标物所在区域；所述目标区域处理模块，用于将所述LBP特征级联分类器模块检测到的全部目标物所在区域按对应比例映射到原始分辨率的图像上；在原始分辨率图像的同一位置，利用所述LBP特征级联分类器模块检测到存在目标物的数量多于第一数量阈值时，该位置被认为是真实目标物所在区域，合并该位置的目标物所在区域；在原始分辨率图像的同一位置，利用所述LBP特征级联分类器模块检测到存在目标物的数量少于或等于第一数量阈值时，该位置被认为是非目标物所在区域，删除该位置的目标物所在区域，从而得到最终的目标物检测结果；所述通信接口控制模块，用于在串行通信时序方式下通过所述通信接口模块，使所述FPGA控制与处理模块与所述上位机模块进行双向通信。