一種尋找成像系統最優工作參數的系統和方法與流程
本發明屬于成像系統技術領域，特別涉及了一種尋找成像系統最優工作參數的系統和方法。
背景技術：
使用相機和光源構成的成像系統是人們用于拍攝產品，繼而實現對產品進行無損分析的主要設備，它提供一種很好的無損檢測手段，使得人們能夠快速地分析產品的質量。使用前，人們需要對例如相機光圈、相機焦距、相機角度、光源角度等參數進行設定，結果一旦固定，那么在正常的、長期的檢測過程中，對于一批產品而言，這些參數一般是不用再進行修正的。
在前期的參數設置過程中，這些參數的設定是一個非常麻煩的問題，人們現有的方法往往是依靠人工經驗，不斷嘗試調整這些參數，然后用肉眼的方法對拍攝到的圖片判斷是否變得清晰，在光源越多的情況下，這種工作有的時候甚至需要好幾天。這種方法不僅主觀性大，而且耗時耗力，效果有時也不是很理想。
技術實現要素：
為了解決上述背景技術提出的技術問題，本發明旨在提供一種尋找成像系統最優工作參數的系統和方法，解決現有技術主觀性強、準確率低以及耗時耗力的問題。
為了實現上述技術目的，本發明的技術方案為：
一種尋找成像系統最優工作參數的系統，包括控制模塊、n路驅動電路、n組電機、n組精密轉動臺、pc機、光源產生模塊以及至少一個相機，n路驅動電路、n組電機與n組精密轉動臺一一對應，n為成像系統工作參數的數目，相機與控制模塊分別與pc機進行數據連接，光源產生模塊的控制端和n路驅動電路的控制端分別與控制模塊電性連接，n路驅動電路的輸出端分別與對應電機的控制端電性連接，n組電機分別帶動對應的精密轉動臺旋轉，通過n組精密控制臺的旋轉分別調節成像系統的n個工作參數；所述主控模塊接收pc機下發的控制指令，并根據該控制指令，通過n路驅動電路和n組電機驅動n組精密轉動臺的旋轉，相機將不同工作參數下拍攝的圖像傳送給pc機，pc機根據接收到的圖像數據尋找出成像系統的最優工作參數。
進一步地，成像系統的工作參數包括相機角度、相機光圈、相機焦距和光源照射角度。
進一步地，該系統還包括電源模塊和觸發開關，觸發開關采用輕觸自鎖的微動開關，電源模塊的輸出端經觸發開關與控制模塊的供電端相連，當觸發開關閉合，電源模塊為控制模塊供電，系統開始工作。
進一步地，該系統還包括分別與控制模塊相連的發光模塊和發音模塊，發光模塊和發音模塊用于顯示系統的工作狀態。
進一步地，所述發光模塊采用發光二極管，所述發音模塊采用蜂鳴器。
進一步地，所述驅動電路的型號為l298，所述電機的型號為bygh42，所述精密轉動臺的型號為ks332-12，所述光源產生模塊采用hf-hx12050環形光源發生器。
基于上述系統的成像系統最優工作參數的尋找方法，包括以下步驟：
(1)將成像系統的各工作參數的運動范圍歸一化；
(2)初始化粒子群搜索算法，設置m個粒子，隨機設置粒子在歸一化的各工作參數的位置，并設置粒子群搜索算法的最小變化閾值、最大尋優次數和初始粒子運動步長的自適應最大倍率；
(3)按照設置的m個粒子位置，pc機生成控制指令，控制模塊根據控制指令驅動n組精密轉動臺旋轉，從而使成像系統的各工作參數到達設定的位置，并拍攝該位置下的待測對象的圖像，每一個粒子對應一張圖像；
(4)對m張圖像進行適應度評價，找出當前搜索批次中的最優粒子和所有搜索批次中的歷史最優粒子；
(5)判斷搜索結束條件，若連續q個搜索批次的粒子最優值小于設定的最小變化閾值，或者當前搜索次數大于設定的最大尋優次數，則判斷搜索結束，轉入步驟(7)，否則轉入步驟(6)；
(6)對粒子群進行更新，然后返回步驟(3)；
(7)輸出最優粒子，pc機按照最優粒子生成控制指令，控制模塊根據控制指令驅動4組精密轉動臺旋轉，從而使成像系統的各工作參數到達最優位置，進行拍攝。
進一步地，步驟(4)的具體過程如下：
(41)計算當前搜索批次的自適應變化適應度的倍率：
上式中，am2(i)為第i次搜索的自適應變化適應度的倍率，am1(i)為第i次搜索的粒子運動步長的自適應最大倍率，
(42)采用鄰域灰度差分法計算當前搜索批次m張圖像中的每個點與周圍的區分度之和：
上式中，
(43)將
進一步地，在步驟(6)中，按下式更新粒子群：
上式中，
進一步地，在更新粒子群時，需要對粒子速度進行如下限制：
上式中，j為粒子運動的最小步長，j的取值為精密轉動臺的最小刻度對應的歸一化數值。
采用上述技術方案帶來的有益效果：
本發明基于現有的電子技術和人工智能技術，采用客觀的評價清晰度的算法，全自動快速尋找相機和光源最優參數，結果不僅客觀精確，而且節省了勞動力和時間，降低了成本，還提高了下一步圖像處理的準確率。
附圖說明
圖1是本發明的系統組成框圖。
圖2是本發明的系統工作示意圖。
圖3是本發明的方法流程圖。
具體實施方式
以下將結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細說明。
如圖1、圖2所示，一種尋找成像系統最優工作參數的系統，硬件部分用于控制相機、光源等參數的變化，采集相應的對象照片，提供分析的計算資源。其結構包括電源模塊、觸發開關、發光模塊、發音模塊、控制模塊、驅動電路、電機、精密轉動臺、相機、光源產生模塊和pc機。本實施例以1個光源產生模塊與1個相機組成的成像系統來進行說明。
如圖2所示，電源模塊、觸發開關、發光模塊、發音模塊、控制模塊、驅動電路集中在一個控制板內，該控制板與pc機溝通，驅動電機，帶動精密轉動臺的旋轉，從而調節相機的光圈、焦距、角度，以及光源的照射角度等參數。
在本實施例中，電源模塊用于對整個系統進行供電，本實施例中采用的是220v的交流電源轉24v和5v的模塊電源，其中24v為給電機使用，5v為給電路板使用。觸發開關為控制電源打開和關閉時使用，采用的是輕觸自鎖的微動開關。發光模塊用于顯示硬件的工作狀態，正常或者報警，采用的是全彩的發光二極管。發音模塊用于顯示硬件的工作狀態，采用的是普通蜂鳴器。控制器模塊用于接收pc機的控制指令，控制驅動電路驅動電機的運行，然后帶動精密轉動臺的運動，從而改變相機的光圈、焦距、角度，以及光源的照射角度的參數，它還控制發音模塊、發光模塊的工作，采用的是stm32f107芯片。驅動電路用于根據控制模塊的指令驅動電機的工作，采用的是4路l298的驅動電路。電機用于在驅動電路的驅動下，帶動精密轉動臺，采用的是4個bygh42的高精密步進電機，并且其精度等于精密轉動臺。精密轉動臺用于在電機的帶動下，進行微小的轉動，從而帶動與之連接的相機的光圈、焦距、角度，以及光源的照射角度的參數，采用的是4個ks332-12型，最大行程為12mm,精度為0.5um，4個旋轉平臺分別對應相機光圈、相機焦距、相機角度以及光源角度這4個參數。相機用于在電腦的操作下，拍攝需要檢測的對象，采用的是大恒水星1000型1000萬像素的工業相機。光源產生模塊用于提供亮度給相機，配合其工作，采用的是hf-hx12050型環形光源發生器。pc機用于管理控制板的工作，獲得相機的拍攝結果，分析和保存相機拍攝的照片，用智能搜索算法尋找相機的光圈、焦距、角度以及光源的照射角度的最優參數，記錄這些參數以備下次同批產品直接使用，采用的是戴爾t5810型圖形工作站。
本發明還提出了一種成像系統最優工作參數的尋找方法，如圖3所示，包括以下步驟。
步驟1：工作范圍歸一化。把相機光圈、相機焦距、相機角度、光源角度的運動范圍全部歸一化，轉換到[0～1]之間。
步驟2：粒子群搜索算法初始化。設置m個粒子，隨機設置它們在相機光圈、相機焦距、相機角度、光源角度的[0～1]之間的歸一化的初始化(即第一個)的位置
在本實施例中，粒子數設置為20個。
步驟3：獲得圖像。將成像系統的參數按照
步驟4：評價適應度。評價過程如下：
步驟4-1：計算當前搜索批次的自適應變化適應度的倍率：
上式中，am2(i)為第i次搜索的自適應變化適應度的倍率，am1(i)為第i次搜索的粒子運動步長的自適應最大倍率，
步驟4-2：采用鄰域灰度差分法計算當前搜索批次m張圖像中的每個點與周圍的區分度之和，本實施例中鄰域灰度差分法采用的是3鄰域的計算法：
上式中，
步驟4-3：將鄰域灰度差分法計算的結果
步驟5：判斷搜索結束條件。若連續q個搜索批次的粒子最優值小于設定的最小變化閾值，或者當前搜索次數大于設定的最大尋優次數，則判斷搜索結束，轉入步驟7，否則轉入步驟6。
步驟6：按下式更新粒子群：
上式中，
另外，為了防止粒子盲目搜索，粒子運動步長的自適應最大倍率am1(i)控制了最大的運動速度，即：
上式中，j為粒子運動的最小步長。
更新后返回到步驟3。
步驟7：輸出最優粒子，pc機按照最優粒子生成控制指令，控制模塊根據控制指令驅動4組精密轉動臺旋轉，從而使相機角度、相機光圈、相機焦距和光源角度到達最優位置，進行拍攝。
以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護范圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護范圍之內。
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