本发明公开了一种智能色选机光学系统自适应校正方法及装置，实现了以微控制器为核心融合智能控制技术、基于FPGA的图像处理技术、PWM控制技术的智能色选机光学系统自适应校正，该装置能够自动监控由光源老化等原因造成的光场变化情况，根据光场变化自动计算并设置各种检测参数，在环境变化时保证设备提供一致的检测灵敏度，从而使光学系统调整至相机的最佳工作环境，为后续图像处理算法的实现提供有利条件。
1.一种智能色选机光学系统自适应校正装置，其特征在于：包括微控制器、数字恒流源模块、光照度传感器模块、LED光源温度检测模块、背景板调整模块和FPGA信号处理模块；所述数字恒流源模块、光照度传感器模块、LED光源温度检测模块、背景板调整模块和FPGA信号处理模块均与微控制器连接；所述的微控制器与散热装置相连；所述的FPGA信号处理模块与线阵CCD相机相连；所述的微控制器与色选机主控板模块相连；所述光照度传感器模块，用于采集LED光源照度数据，流过光敏二极管的电流经A/D转换器转换为数字量传送到微控制器，将采集到的光源照度与设定值进行比较，并将比较结果告知数字恒流源模块，数字恒流源模块通过PWM控制策略对输出电流进行动态调整；所述背景板调整模块，用于对线阵CCD相机进行暗场校正和白平衡校正，使得相机每次采集到的图像信息的灰度值、信噪比满足设定范围后方可正常工作。
2.根据权利要求1所述的智能色选机光学系统自适应校正装置，其特征在于：在所述微控制器上设有RS232串口、USB接口、CAN接口、RS485接口、I2C标准总线接口、PWM寄存器和存储器，所述的存储器用于存储该装置采集到的LED光源照度数据。
3.根据权利要求1所述的智能色选机光学系统自适应校正装置，其特征在于：所述数字恒流源模块，通过微控制器分析采样电路采集到的数据，利用PWM控制方法对输出电流进行调整，实现电流的闭环动态跟踪调整。
4.根据权利要求1所述的智能色选机光学系统自适应校正装置，其特征在于：所述LED光源温度检测模块，通过线性热敏电阻温度传感器将LED光源温度转化为电压量，经过A/D转换器后实时传送到微控制器。
5.根据权利要求1所述的智能色选机光学系统自适应校正装置，其特征在于：所述FPGA信号处理模块，通过CameraLink线与线阵CCD相机连接，用CameraLink标准协议接收线阵CCD相机采集到的图像信息，对相机进行暗场校正和白平衡校正后的灰度值、信噪比与设定范围进行比较，并告知微控制器调整光源亮度，进而调整相机采集到的图像的灰度值和信噪比。
6.根据权利要求1所述的智能色选机光学系统自适应校正装置，其特征在于：所述数字恒流源模块，包括：D/A转换器；压控恒流源电路，微控制器将相应的数字量送交D/A转换器，由转换输出相应的模拟电压量，并将该模拟电压量输入至压控恒流源电路；A/D转换器；采样电路，通过A/D采样电路不断读取采样电阻的压降，并由微控制器对采样的数字量数据进一步处理，最终根据分析结果并结合PWM控制策略对输出电流进行动态调整，从而构成输出电流的闭环控制，实现输出电流的恒定。
7.根据权利要求1所述的智能色选机光学系统自适应校正装置，其特征在于：所述LED光源温度检测模块，微控制器将温度检测模块传送上来的温度数据与温度设定值对比；若高于设定值，启动散热装置对LED光源降温。
8.权利要求1所述的智能色选机光学系统自适应校正装置的校正方法，其特征在于：
FPGA信号处理模块与背景板调整模块、线阵CCD相机配合使用对一个色选通道的光源及相机参数进行调整，使得相机经暗场校正和白平衡校正后所采集到的图像的灰度值、信噪比在设定范围内；若不在设定范围内，不断调整光源照度，使得光源照度在设定范围内且相机图像的灰度值、信噪比也在设定范围内；反复循环调整光源亮度，若相机图像的灰度值始终不在设定范围内，则FPGA信号处理板将光源灯已损坏的信息经微控制器传至色选机主控板上；光照度传感器模块，用于采集LED光源照度数据，流过光敏二极管的电流经A/D转换器转换为数字量传送到微控制器，将采集到的光源照度与设定值进行比较，并将比较结果告知数字恒流源模块，数字恒流源模块通过PWM控制策略对输出电流进行动态调整。
一种智能色选机光学系统自适应校正方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及智能色选机系统技术领域，具体涉及一种智能色选机光学系统自适应校正方法及装置。
背景技术
[0002] 光学系统是色选机系统图像信息采集、物料甄别筛选的关键，稳定可靠的光学系统为后续图像处理算法的实现提供有利条件。由于色选机恶劣的工作环境和工作时间的持续，光源灯珠的性能会发生变化，导致色选机光源装置照度不够均匀且一致性较差；由于相机CCD的每个图元中的每个晶格无法保证有完全相同的稳定性，且在其工作过程中，CCD的信噪比随温度的升高而急剧降低，严重影响色选机的工作效率和色选效果，制约着色选行业的进一步发展。
发明内容
[0003] 发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供涉及一种智能色选机光学系统自适应校正装置，具有简单、快速、准确等优点，能满足色选机工作要求。本发明的另一目的是提供一种智能色选机光学系统自适应校正方法。
[0004] 技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
[0005] 一种智能色选机光学系统自适应校正装置，包括微控制器、数字恒流源模块、光照度传感器模块、LED光源温度检测模块、背景板调整模块和FPGA信号处理模块；所述数字恒流源模块、光照度传感器模块、LED光源温度检测模块、背景板调整模块和FPGA信号处理模块均与微控制器连接；所述的微控制器与散热装置相连；所述的FPGA信号处理模块与线阵CCD相机相连；所述的微控制器与色选机主控板模块相连。
[0006] 在所述微控制器上设有RS232串口、USB 接口、CAN 接口、RS485 接口、I2C标准总线接口、PWM寄存器和存储器，所述的存储器用于存储该装置采集到的LED光源照度数据。
[0007] 所述数字恒流源模块，通过微控制器分析采样电路采集到的数据，利用PWM控制方法对输出电流进行调整，实现电流的闭环动态跟踪调整。
[0008] 所述光照度传感器模块，用于采集LED光源照度数据，流过光敏二极管的电流经A/D转换器转换为数字量传送到微控制器，将采集到的光源照度与设定值进行比较，并将比较结果告知数字恒流源模块，数字恒流源模块通过PWM控制策略对输出电流进行动态调整。
[0009] 所述LED光源温度检测模块，通过线性热敏电阻温度传感器将LED光源温度转化为电压量，经过A/D转换器后实时传送到微控制器。
[0010] 所述背景板调整模块，用于对线阵CCD相机进行暗场校正和白平衡校正，使得相机每次采集到的图像信息的灰度值、信噪比满足设定范围后方可正常工作。
[0011] 所述FPGA信号处理模块，通过CameraLink线与线阵CCD相机连接，用CameraLink标准协议接收线阵CCD相机采集到的图像信息，对相机进行暗场校正和白平衡校正后的灰度值、信噪比与设定范围进行比较，并告知微控制器调整光源亮度，进而调整相机采集到的图像的灰度值和信噪比。
[0012] 所述数字恒流源模块，包括：D/A转换器；压控恒流源电路，微控制器将相应的数字量送交D/A转换器，由转换输出相应的模拟电压量，并将该模拟电压量输入至压控恒流源电路；A/D转换器；采样电路，通过A/D采样电路不断读取采样电阻的压降，并由微控制器对采样的数字量数据进一步处理，最终根据分析结果并结合PWM控制策略对输出电流进行动态调整，从而构成输出电流的闭环控制，实现输出电流的恒定。
[0013] 所述LED光源温度检测模块，微控制器将温度检测模块传送上来的温度数据与温度设定值对比；若高于设定值，启动散热装置对LED光源降温。
[0014] 所述的智能色选机光学系统自适应校正装置的校正方法：FPGA信号处理模块与背景板调整模块、线阵CCD相机配合使用对一个色选通道的光源及相机参数进行调整，使得相机经暗场校正和白平衡校正后所采集到的图像的灰度值、信噪比在设定范围内；若不在设定范围内，不断调整光源照度，使得光源照度在设定范围内且相机图像的灰度值、信噪比也在设定范围内；反复循环调整光源亮度，若相机图像的灰度值始终不在设定范围内，则FPGA信号处理板将光源灯已损坏的信息经微控制器传至色选机主控板上。
[0015] 有益效果：与现有技术相比，本发明的智能色选机光学系统自适应校正方法及装置，实现了以微控制器为核心融合智能控制技术、基于FPGA的图像处理技术、PWM控制技术的智能色选机光学系统自适应校正，该装置能够自动监控由光源老化等原因造成的光场变化情况，根据光场变化自动计算并设置各种检测参数，在环境变化时保证设备提供一致的检测灵敏度，从而使光学系统调整至相机的最佳工作环境，为后续图像处理算法的实现提供有利条件。
附图说明
[0016] 图1是智能色选机光学系统自适应校装置的结构示意图；
[0017] 图2是照度控制方法流程图；
[0018] 图3是相机图像灰度调整及光源故障检测流程图。
具体实施方式
[0019] 下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
[0020] 如图1所示，智能色选机光学系统自适应校正装置，包括微控制器、数字恒流源模块、光照度传感器模块、LED光源温度检测模块、背景板调整模块和FPGA信号处理模块。数字恒流源模块、光照度传感器模块、LED光源温度检测模块、背景板调整模块和FPGA信号处理模块均与微控制器连接；微控制器与散热装置相连；FPGA信号处理模块与线阵CCD相机相连；微控制器与色选机主控板模块相连。其中，
[0021] 数字恒流源模块，通过微控制器分析采样电路采集到的数据，利用PWM控制策略对输出电流进行动态跟踪调整，从而构成输出电流的闭环控制，实现输出电流的恒定。
[0022] 光照度传感器模块，用于采集LED光源照度数据，将流过光敏二极管的电流经A/D转换器转换为数字量传送到微控制器。微控制器将检测到的光照度值与光照度设定值比较，采用智能控制方法输出控制信号至数字恒流源模块，不断调整数字恒流源的输出电源，进而调整LED光源的亮度至稳定状态。
[0023] LED光源温度检测模块，通过线性热敏电阻温度传感器将LED光源温度转化为电压量，经过A/D转换器后实时传送到微控制器。微控制器芯片将接收到的温度数据与设定值对比。若高于设定值，启动散热装置（风机）对LED光源降温。
[0024] 背景板调整模块，用于对线阵CCD相机进行暗场校正和白平衡校正，使得相机每次采集到的图像信息的灰度值和信噪比满足设定范围后方可正常工作；
[0025] FPGA信号处理模块，通过CameraLink线与线阵CCD相机连接，可用CameraLink标准协议接收线阵CCD相机采集到的图像信息，对相机进行暗场校正和白平衡校正后的灰度值、信噪比与设定范围进行比较，并告知微控制器调整光源亮度，进而调整相机采集到的图像的灰度值和信噪比。
[0026] 如图2所示，智能色选机光学系统自适应校装置的照度控制方法：光照度传感器模块将流过光敏二极管的电流经A/D转换器转换为数字量传送到微控制器。微控制器将检测到的光照度值与设定值比较，根据LED灯光强与电流的非线性关系，采用智能控制策略输出控制信号至恒流源模块，恒流源模块接收到控制信号，驱动压控恒流源电路输出电流至LED光源，调整LED光源的照度。同时微控制器分析恒流源模块的采样电路采集到的数据，利用PWM控制策略对输出电流进行动态跟踪调整，从而构成输出电流的闭环控制，实现输出电流的恒定，进而保证LED光强的稳定。
[0027] 如图3所示，智能色选机光学系统自适应校正装置的相机图像灰度调整及光源故障检测方法，系统上电一段时间后，背景板调整模块将背景调至黑色背景，对相机进行黑场校正；然后背景板调整模块将背景调至灰色背景，对相机进行白平衡校正；黑场校正和白平衡校正完成后，相机对灰色背景采集图像，将此时的图像信息经CameraLink标准协议送至FPGA信号处理模块，FPGA信号处理模块若发现图像的灰度值或信噪比不在设定范围内，如图2所示流程调整光源亮度，在光照强度满足设定条件的前提下，相机通过暗场校正、白平衡校正后再次采集图像，判断图像信噪比和灰度值是否调整至所设范围内。如此反复进行光源照度的调整，直至采集到的图像信噪比和灰度值在设定范围内，色选机光学系统校正结束。若反复调整光源但相机采集到的图像灰度值始终不在设定范围内，FPGA信号处理模块将光源灯已损坏的信息经微控制器传至色选机主控板上，在触摸屏上显示并提醒客户检查光源灯珠并及时更换。
