CN106370396A - 一种光源检测方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于光学检测技术领域，提供了一种光源检测方法，包括：使待检测光源通过小孔成像镜头形成倒立实像；图像传感器接收倒立实像并将光信号转换为图像数字信号，获得待处理图像；对待处理图像进行离散傅里叶变换获得特征频谱信息；基于特征频谱信息进行图像重构；对重构图像数字信号进行特征图像分割抽取得到特征子图像；将特征子图像和待处理图像做滤波运算处理，输出特性特征矩阵；对特性特征矩阵进行变换得到待检测光源的特性信息。本发明利用小孔成像镜头进行成像，小孔成像具有光通量小、无限景深、自动变焦的特点，可有效解决过曝光问题且降低对图像传感器位置的精确要求；通过特征频谱信息提取和图像重构可消除干扰，提高抗干扰性。

Description

一种光源检测方法及检测装置

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，特别涉及一种光源检测方法及检测装置。

背景技术

光源的检测是光源产品出厂前的必要步骤，主要包括亮度、色彩、色温等特征的检测，目前的光源检测方法主要采用人工目视检测方法和自动检测方法。人工目视检测方法，是给光源通电后依靠人眼目视判断光源性能，该检测方法依靠人眼的主观判断，无法精确定量分析光源特性，且工作负荷大，效率低。自动检测方法通过硬件系统—图像采集卡、光学镜头、遮光板、精密传动装置、控制装置、CCD和计算机等进行光源特性的在线检测。自动检测方法主要依靠硬件性能来保证检测精度，存在成像过曝光问题，光学镜头前需要遮光板来降低光源光强度，或者需要精确控制曝光时间，结构和操作复杂；并且，抗干扰能力差，例如受外界环境光线的影响较大，并且光源和镜头相对位置出现轻微偏差则无法合焦，造成成像模糊、旋转等，导致无法分析输出正确结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光源检测方法，旨在解决传统自动光源检测方法存在的过曝光问题并提高检测系统的抗干扰能力。

本发明是这样实现的，一种光源检测方法，包括下述步骤：

使待检测光源发出的光线通过小孔成像镜头形成倒立实像；

通过图像传感器接收所述倒立实像，并将所述倒立实像的光学信号转换为图像数字信号，获得待处理图像；

对所述待处理图像进行离散傅里叶变换，获得特征频谱信息；

基于所述特征频谱信息进行图像重构，获得消除了干扰信息的重构图像数字信号；

对所述重构图像数字信号进行特征图像分割抽取，得到包含待检测光源特性信息的特征子图像；

将所述特征子图像和所述待处理图像做滤波运算处理，输出特性特征矩阵；

对所述特性特征矩阵进行变换，得到待检测光源的特性信息。

本发明的另一目的在于提供一种光源检测装置，包括：

小孔成像镜头，用于对待检测光源进行成像，获得倒立实像；

图像传感器，设置于所述小孔成像镜头的像方，用于接收所述倒立实像并将光学信号转换为图像数字信号，以获得待处理图像；

图像预处理模块，与所述图像传感器的输出端相连，用于对所述待处理图像进行离散傅里叶变换，获得特征频谱信息；

图像重构模块，与所述图像预处理模块的输出端相连，用于基于所述特征频谱信息进行图像重构，获得消除了干扰信息的重构图像数字信号；

子图像提取模块，与所述图像重构模块的输出端相连，用于对所述重构图像数字信号进行特征图像分割抽取，得到包含待检测光源特性信息的特征子图像；

数据分析模块，与所述子图像提取模块和所述图像传感器的输出端相连，用于将所述特征子图像和所述待处理图像做滤波运算处理，输出特性特征矩阵，并对所述特性特征矩阵进行变换，得到待检测光源的特性信息。

本发明利用小孔成像镜头对待检测光源进行成像，小孔成像具有光通量小、无限景深、自动变焦的特点，利用光通量小的特征便于限制进入检测系统的光能量，有效解决过曝光问题；无限景深、自动变焦使得图像传感器的位置不必严格限制，结构设计更为灵活，且减少了位置偏差带来的检测误差；本实施例通过特征频谱信息提取和图像重构消除了抖动、倾斜等干扰，提高了该检测方法的抗干扰性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的光源检测方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的光源检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：

请参考图1，本发明实施例提供一种光源检测方法，包括下述步骤：

在步骤S101中，使待检测光源发出的光线通过小孔成像镜头形成倒立实像；

在步骤S102中，通过图像传感器接收所述倒立实像，并将倒立实像的光学信号转换为图像数字信号，获得待处理图像；

在步骤S103中，对待处理图像进行离散傅里叶变换，获得特征频谱信息；

在步骤S104中，基于特征频谱信息进行图像重构，获得消除了干扰信息的重构图像数字信号；

在步骤S105中，对重构图像数字信号进行特征图像分割抽取，得到包含待检测光源特性信息的特征子图像；

在步骤S106中，将特征子图像和待处理图像做滤波运算处理，输出特性特征矩阵；

在步骤S107中，对特性特征矩阵进行变换，得到待检测光源的特性信息。

本发明实施例利用小孔成像镜头对待检测光源进行成像，小孔成像具有光通量小、无限景深、自动变焦的特点，利用光通量小的特征便于限制进入检测系统的光能量，有效解决过曝光问题；无限景深、自动变焦使得图像传感器的位置不必严格限制，结构设计更为灵活，且减少了位置误差带来的检测误差；本实施例通过特征频谱信息提取和图像重构消除了抖动、倾斜等干扰，提高了该检测方法的抗干扰性。

在本实施例中，待检测光源通常包括多个发光单元，例如阵列式的LED发光面板、具有像素结构的LED显示面板等等，每个发光单元都会通过小孔成像镜头形成一像点，所成的倒立实像包含了全部发光单元的像点。

在上述步骤S102中，图像传感器接收光源的像，并将光学信号转变为图像数字信号，该图像处理信号包含了代表每个像点的灰度值的二维离散数据矩阵f(x,y)，该数据矩阵表征了每个像点的状态，例如亮度大小；

在上述步骤S103中，对该二维离散数据矩阵f(x,y)进行离散傅里叶变换，获得特征频谱信息Ｆ(u,v)，其变换式为：

式中，x＝0,1,…,M-1；y＝0,1,…,N-1，u＝0,1,…,M-1；v＝0,1,…,N-1，M，N为正整数。

在获得特征频谱信息后，进行上述步骤S104，选择特定的u和v值系列进行图像重构。重构图像f₂(x,y)的变换公式为：

式中，x＝0,1,…,M-1；y＝0,1,…,N-1，u＝0,1,…,M-1；v＝0,1,…,N-1，M，N为正整数。

基于上述公式进行傅里叶变换和图像重构，可将原待处理图像中的干扰信息去除，获得重构图像数字信号。

进一步地，对去除干扰的重构图像进行特征子图像的提取，该特征子图像包含了待检测光源的待检测特性特征。再通过滤波等处理，得到特性特征矩阵，对特性特征矩阵进行变换得到待检测光源的特性信息。

上述光源检测方法主要基于以下装置实施，本发明进一步提供一种光源检测装置，如图2，该光源检测装置包括：

小孔成像镜头1，用于对待检测光源2进行成像，获得倒立实像；

图像传感器3，设置于小孔成像镜头1的像方，用于接收倒立实像并将光学信号转换为图像数字信号，以获得待处理图像；

图像预处理模块4，与图像传感器3的输出端相连，用于对待处理图像进行离散傅里叶变换，获得特征频谱信息；

图像重构模块5，与图像预处理模块4的输出端相连，用于基于特征频谱信息进行图像重构，获得消除了干扰信息的重构图像数字信号；

子图像提取模块6，与图像重构模块5的输出端相连，用于对重构图像数字信号进行特征图像分割抽取，得到包含待检测光源特性信息的特征子图像；

数据分析模块7，与子图像提取模块6和图像传感器3的输出端相连，用于将特征子图像和待处理图像做滤波运算处理，输出特性特征矩阵，并对特性特征矩阵进行变换，得到待检测光源的特性信息。

进一步地，待检测光源2通常包括多个发光单元，例如LED阵列光源，LED显示面板等。每个发光单元都通过小孔成像镜头形成一像点，倒立实像包含每个发光单元的像点，该倒立实像具有和光源相同的分布规律。对于阵列式分布的发光单元，待处理图像包含代表像点的灰度值的二维离散数据矩阵f(x,y)。

进一步地，该光源检测装置还可以包括与数据分析模块7相连接的输出模块8，用于输出检测结果。

同上所述，图像预处理模块4对待处理图像进行离散傅里叶变换，获得特征频谱信息的步骤具体为：

对二维离散数据矩阵f(x,y)进行傅里叶变换，获得特征频谱信息F(u，v)，其变换式为：

式中，x＝0,1,…,M-1；y＝0,1,…,N-1，u＝0,1,…,M-1；v＝0,1,…,N-1，M，N为正整数。

进一步地，图像重构模块5基于特征频谱信息进行图像重构，获得消除了干扰信息的重构图像数字信号的步骤具体为：

选择特定的u和v值系列，重构图像f₂(x,y)，构造变换公式为：

式中，式中，x＝0,1,…,M-1；y＝0,1,…,N-1，u＝0,1,…,M-1；v＝0,1,…,N-1，M，N为正整数。

本发明实施例提供的光源检测装置利用小孔成像镜头对待检测光源进行成像，小孔成像具有光通量小、无限景深、自动变焦的特点，利用光通量小的特征便于限制进入检测系统的光能量，有效解决过曝光问题；无限景深、自动变焦使得图像传感器的位置不必严格限制，结构设计更为灵活，且减少了位置偏带来的检测误差；通过图像预处理模块提取特征频谱信息，通过图像重构模块进行图像重构，消除了抖动、倾斜等干扰，提高了该检测方法的抗干扰性，并且没有增加装置的复杂程度且易于操作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光源检测方法，其特征在于，包括下述步骤：

使待检测光源发出的光线通过小孔成像镜头形成倒立实像；

通过图像传感器接收所述倒立实像，并将所述倒立实像的光学信号转换为图像数字信号，获得待处理图像；

对所述待处理图像进行离散傅里叶变换，获得特征频谱信息；

基于所述特征频谱信息进行图像重构，获得消除了干扰信息的重构图像数字信号；

对所述重构图像数字信号进行特征图像分割抽取，得到包含待检测光源特性信息的特征子图像；

将所述特征子图像和所述待处理图像做滤波运算处理，输出特性特征矩阵；

对所述特性特征矩阵进行变换，得到待检测光源的特性信息。

2.如权利要求1所述的光源检测方法，其特征在于，所述待检测光源包括多个发光单元，每个所述发光单元通过所述小孔成像镜头形成一像点，所述倒立实像包含所述多个发光单元的像点。

3.如权利要求2所述的光源检测方法，其特征在于，所述待处理图像包含代表所述像点灰度值的二维离散数据矩阵f(x,y)；

所述的对所述待处理图像进行离散傅里叶变换，获得特征频谱信息的步骤具体为：

对所述二维离散数据矩阵f(x,y)进行傅里叶变换，获得特征频谱信息F(u,v)，其变换式为：

$F(u,v)=\frac{1}{MN}\underset{x=0}{\overset{M-1}{\Σ}}\underset{y=0}{\overset{N-1}{\Σ}}f(x,y)\exp \[-i2\mathrm{\π}(\frac{ux}{M}+\frac{vy}{N})\]$

式中，x＝0,1,…,M-1；y＝0,1,…,N-1，u＝0,1,…,M-1；v＝0,1,…,N-1，M，N为正整数。

4.如权利要求3所述的光源检测方法，其特征在于，所述的基于所述特征频谱信息进行图像重构，获得消除了干扰信息的重构图像数字信号的步骤具体为：

选择特定的u和v值系列，重构图像f₂(x,y)，构造变换公式为：

$f_2(x,y)=\frac{1}{MN}\underset{u=0}{\overset{M-1}{\Σ}}\underset{v=0}{\overset{N-1}{\Σ}}F(u,v)\exp \[i2\mathrm{\π}(\frac{ux}{M}+\frac{vy}{N})\]$

式中，式中，x＝0,1,…,M-1；y＝0,1,…,N-1，u＝0,1,…,M-1；v＝0,1,…,N-1，M，N为正整数。

5.一种光源检测装置，其特征在于，包括：

小孔成像镜头，用于对待检测光源进行成像，获得倒立实像；

图像传感器，设置于所述小孔成像镜头的像方，用于接收所述倒立实像并将光学信号转换为图像数字信号，以获得待处理图像；

图像预处理模块，与所述图像传感器的输出端相连，用于对所述待处理图像进行离散傅里叶变换，获得特征频谱信息；

图像重构模块，与所述图像预处理模块的输出端相连，用于基于所述特征频谱信息进行图像重构，获得消除了干扰信息的重构图像数字信号；

子图像提取模块，与所述图像重构模块的输出端相连，用于对所述重构图像数字信号进行特征图像分割抽取，得到包含待检测光源特性信息的特征子图像；

数据分析模块，与所述子图像提取模块和所述图像传感器的输出端相连，用于将所述特征子图像和所述待处理图像做滤波运算处理，输出特性特征矩阵，并对所述特性特征矩阵进行变换，得到待检测光源的特性信息。

6.如权利要求5所述的光源检测装置，其特征在于，所述待检测光源包括多个发光单元，每个所述发光单元通过所述小孔成像镜头形成一像点，所述倒立实像包含所述多个发光单元的像点。

7.如权利要求6所述的光源检测装置，其特征在于，所述多个发光单元成阵列式分布，所述待处理图像包含代表所述像点的灰度值的二维离散数据矩阵f(x,y)。

8.如权利要求7所述的光源检测装置，其特征在于，所述图像预处理模块对所述待处理图像进行离散傅里叶变换，获得特征频谱信息的步骤具体为：

对所述二维离散数据矩阵f(x,y)进行傅里叶变换，获得特征频谱信息F(u,v)，其变换式为：

$F(u,v)=\frac{1}{MN}\underset{x=0}{\overset{M-1}{\Σ}}\underset{y=0}{\overset{N-1}{\Σ}}f(x,y)\exp \[-i2\mathrm{\π}(\frac{ux}{M}+\frac{vy}{N})\]$

式中，x＝0,1,…,M-1；y＝0,1,…,N-1，u＝0,1,…,M-1；v＝0,1,…,N-1，M，N为正整数。

9.如权利要求8所述的光源检测装置，其特征在于，所述图像重构模块基于所述特征频谱信息进行图像重构，获得消除了干扰信息的重构图像数字信号的步骤具体为：

选择特定的u和v值系列，重构图像f₂(x,y)，构造变换公式为：

$f_2(x,y)=\frac{1}{MN}\underset{u=0}{\overset{M-1}{\Σ}}\underset{v=0}{\overset{N-1}{\Σ}}F(u,v)\exp \[i2\mathrm{\π}(\frac{ux}{M}+\frac{vy}{N})\]$

式中，式中，x＝0,1,…,M-1；y＝0,1,…,N-1，u＝0,1,…,M-1；v＝0,1,…,N-1，M，N为正整数。

10.如权利要求5所述的光源检测装置，其特征在于，还包括与所述数据分析模块相连接的输出模块。