CN104236480B - 一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量装置及方法，本发明通过捕获六角钢坯轮廓图像、对捕获的六角钢坯轮廓图像进行图像处理、对进行图像处理后的六角钢坯轮廓图像信息进行霍夫变换以检测六角钢坯直线段、计算六角钢坯轮廓参数信息，从而便易的捕获六角钢坯完整轮廓图像、准确高效的测量六角钢坯的轮廓参数，并且具有很好的鲁棒性。
Description
技术领域
本发明属于电子信息技术领域，尤其涉及机器视觉技术，特别是一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量装置及方法。
背景技术
在上个世纪80年代左右，欧美等发达国家钢铁企业已经开始从事基于机器视觉在线检测***的研究，先后投入巨资发展基于计算机机器视觉在线检测***设备。目前国际市场上从事于机器视觉的工业检测著名公司主要有美国OG Technologies和德国SiemensVAI Metals Technologies公司，这两家公司在我国热轧钢在线检测设备占有率80％以上。美国OG Technologies公司从上个世纪90年代中期开始推出基于机器视觉裂纹在线检测设备，该***内部主要采用三像机或四像机全视图的方位覆盖。这种图像获取方式能够达到无死角，无漏点检测。但由于采用垂直直视模式，HotEye***只能做裂纹检测，无法对钢坯轮廓进行测量，功能单一相对于动则数百万美元的价格来说有点昂贵。
德国Siemens VAI Metals Technologies公司主要开发热轧棒线材尺寸和形状在线轮廓检测设备，SIROLL Orbis为其主打测径仪***，该***主要对圆钢的断面轮廓进行测量，最高测量速度达到了100m/s能够满足大多数棒材高线生产要求。SIROLL Orbis测径仪采用的原理为CCD接收器-LED背景光源-投影放大法。光学***使用LED灯泡作为光源，通过组合透镜产生平行光照射到热轧钢坯上，并经过另外一组透镜聚焦在CCD摄像机上，利用CAT5网线把数据传输到计算机，再计算出阴影宽度，即得到钢坯某一个轮廓尺寸参数。在整个***运行过程，光学***相对于钢坯在不断旋转，从而获得钢坯的完整轮廓，由其测量原理可知，只适用于圆钢的检测，对于六角钢等异形钢，并不能完整成像。
六角钢是一种异形钢，在实际生产中由于钢坯在传送带上分为直立和水平两种传送状态外加晃动等因素的存在，会导致其各边位置及角度不断地变化，这就给轮廓参数的测量带来很大的难度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的六角钢坯轮廓完整成像及参数测量难度大、测量成本高的问题提供一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量装置及方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量装置，包括钢坯传送槽、三个线激光器、三个工业摄像头；所述钢坯传送槽用于放置待测量的六角钢坯；所述三个线激光器位于同一平面，三个线激光器分别位于钢坯传送槽输入端的左、右、下端，用于产生稳定的线结构光，并投射到钢坯表面形成环形一个激光断面轮廓光带；所述三个工业摄像头分别位于钢坯传送槽输出端的左、右、上端，用于捕获钢坯的光带图像。
进一步地，所述三个线激光器采用120°夹角分布，测量时每一个线激光器离钢坯中心面等距，保证投射的激光带等均匀变化。
进一步地，所述工业摄像头，采用CCD实现。
本发明还提供了一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量方法，包括如下步骤：
步骤1、捕获六角钢坯轮廓图像；
步骤2、对捕获的六角钢坯轮廓图像进行图像处理；
步骤3、对进行图像处理后的六角钢坯轮廓图像信息进行霍夫变换，检测六角钢坯直线段；
步骤4、计算六角钢坯轮廓参数信息，参数信息即对边距信息。
进一步地，所述步骤1中捕获六角钢坯轮廓图像具体包括以下步骤：
步骤1、利用位于同一平面的三个线激光器产生稳定的线结构光，并投射到六角钢坯表面形成环形的一个激光断面轮廓光带；
步骤2、通过计算机控制三个CCD摄像机分别捕获光带；
步骤3、利用CCD摄像机自带的接口，导出捕获到的三幅六角钢坯轮廓图像。
进一步地，所述步骤2中对捕获的六角钢坯轮廓图像进行图像处理，具体包括以下步骤：
步骤1、对三个CCD摄像机捕获到的三幅六角钢坯轮廓图像分别进行去除光带影响；
步骤2、对去除光带影响后的图像进行周边去噪及均值滤波平滑边界；
步骤3、对进行周边去噪及均值滤波平滑边界后的图像进行图像二值化；
步骤4、对进行图像二值化后的图像进行十字滤波去除毛刺及膨胀处理；
步骤5、对进行十字滤波去除毛刺及膨胀处理后的图像进行图像还原处理；
步骤6、对经过以上步骤处理后的三幅图像进行图像融合，生成六角钢坯轮廓图像；
步骤7、对生成的六角钢坯轮廓图像进行均值滤波处理，细化图像；
步骤8、获得完整的单像素的六角钢坯轮廓图像。
进一步地，所述步骤3中对图像进行霍夫变换，检测六角钢坯直线段，具体包括以下步骤：
步骤1、对进行图像处理后的六角钢坯轮廓图像进行霍夫变换，获取六角钢坯轮廓的若干条线段的起点和终点，并用点(x,y)存储坐标线段，其中x为线段在直角坐标系下的横坐标，y为线段在直角坐标系下的纵坐标；
步骤2、求出各线段所在直线的斜率k、倾角、对应直线方程y＝kx+b的参数b以及各线段的长度；
步骤3、将各线段转换为向量，并且修正各向量的角度到0°～180°；
步骤4、将步骤3中得到的向量进行遍历，找出六角钢的平行对边，并分别保存到三个容器中；
步骤5、将步骤4三个容器中保存的平行对边进行分离，将分离后的对边分别放入另外三个容器中，最终形成六个用于保存对边的容器；
步骤6、筛选六个容器中每个容器中长度最长的直线段作为六角钢的六条边。
进一步地，所述步骤4中计算六角钢坯轮廓参数信息，虽然六角钢分直立六角钢坯和水平六角钢坯两种方式，但计算方法相同，计算方法为：依据垂线方程的不同采取不同的计算方法，过六角钢的一条边的中点A作垂线，垂线与对边交于点B，求出点AB之间的距离就为六角钢坯的对边距；依据此方法即可求得直立和水平两种方式的六角钢坯的对边距，即获得六角钢坯轮廓参数信息。
本发明的有益效果：本发明一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量装置及方法，通过采用线激光器，调节二维平台使激光面共面投射到钢坯表面，在钢坯表面形成一个环形激光断面轮廓光带，利用三个摄像机，获取光带图像，传送到计算机中计算钢坯轮廓信息，捕获六角钢坯完整轮廓图像，再通过对捕获的六角钢坯轮廓图像进行图像处理、霍夫变换，检测六角钢坯直线段，从而计算六角钢坯轮廓参数信息，可便易的捕获六角钢坯完整轮廓图像、准确高效的测量六角钢坯的轮廓参数，并且具有很好的鲁棒性，另外本发明装置简单方法易于实现，具有很好的操作性的同时可极大的降低六角钢坯轮廓测量成本。
附图说明
图1为本发明实施例的一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量装置的原理图。
图2为本发明实施例的一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量方法的流程图。
图3为本发明实施例的一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量方法的图像处理流程图。
图4为本发明实施例的一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量方法的检测六角钢坯直线段流程图。
图5为本发明实施例的一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量方法的测量未细化的状态六角钢坯轮廓图(左)及细化的状态六角钢坯轮廓图(右)。
图6为本发明实施例的一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量方法的获得单像素后的轮廓图，分为水平状态(左)及直立状态(右)。
图7为本发明实施例的一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量方法的霍夫变换直接得到的六角钢轮廓线段图。
图8为本发明实施例的一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量方法的调整向量方向角度范围0°～180°图。
图9为本发明实施例的一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量方法的最长的直线段作为六角钢的六条边图。
图10为本发明实施例的一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量方法的直立六角钢坯轮廓图。
图11为本发明实施例的一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量方法的水平六角钢坯轮廓图。
图12为本发明实施例的一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量方法的测量六角钢坯轮廓参数信息图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
如图1所示为本发明实施例的一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量装置的原理图。如图4所示，一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量装置，由钢坯传送槽、三个线激光器、三个CCD摄像机构成，其中三个线激光器位于同一平面，采用120°夹角分布，测量时每一个线激光器离钢坯中心面等距，可保证投射的激光带等均匀变化；另外三个CCD摄像机分别位于钢坯传送槽输出端的左、右、上端，用于捕获钢坯的光带图像。
如图2所示本发明实施例的一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量方法的流程图，本发明一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量方法包括步骤：捕获六角钢坯轮廓图像、对捕获的六角钢坯轮廓图像进行图像处理、对进行图像处理后的六角钢坯轮廓图像信息进行霍夫变换以检测六角钢坯直线段、计算六角钢坯轮廓参数信息，四个步骤。
首先利用位于同一平面的三个线激光器产生稳定的线结构光，并投射到六角钢坯表面形成环形的一个激光断面轮廓光带再通过计算机控制三个CCD摄像机分别捕获光带，另外利用CCD摄像机自带的接口，导出捕获到的三幅六角钢坯轮廓图像。然后进行图像处理，如图3所示，对三个CCD摄像机捕获到的三幅六角钢坯轮廓图像分别进行去除光带影响、周边去噪及均值滤波平滑边界、图像二值化、十字滤波去除毛刺及膨胀处理、图像还原处理、图像融合生成六角钢坯轮廓图像，再对生成的六角钢坯轮廓图像进行均值滤波处理，细化图像，如图5所示，最终获得完整的单像素的六角钢坯轮廓图像，如图6所示。再通过如图4所示的流程，对进行图像处理后的六角钢坯轮廓图像进行霍夫变换检测六角钢坯直线段最终获取最长的直线段作为六角钢的六条边，具体步骤为：
步骤1、对进行图像处理后的六角钢坯轮廓图像进行霍夫变换，获取六角钢坯轮廓的若干条线段的起点和终点，并用点(x,y)存储坐标线段，其中x为线段在直角坐标系下的横坐标，y为线段在直角坐标系下的纵坐标，如图7所示；
步骤2、求出各线段所在直线的斜率k、倾角、对应直线方程y＝kx+b的参数b以及各线段的长度；
步骤3、将各线段转换为向量，并且修正各向量的角度到0°～180°，如图8所示；
步骤4、将步骤3中得到的向量进行遍历，找出六角钢的平行对边，并分别保存到三个容器中；
步骤5、将步骤4三个容器中保存的平行对边进行分离，将分离后的对边分别放入另外三个容器中，最终形成六个用于保存对边的容器；
步骤6、筛选六个容器中每个容器中长度最长的直线段作为六角钢的六条边，如图9所示。
最后依据垂线方程的不同采取不同的计算方法，过六角钢的一条边的中点A作垂线，垂线与对边交于点B，求出点AB之间的距离就为六角钢坯的对边距；依据此方法即可求得直立和水平两种方式的六角钢坯的对边距，即获得六角钢坯轮廓参数信息，如图10、图11所示。
由图12可看出，本发明一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量方法，可以准确高效的测量出六角钢坯的轮廓以及参数，而且具有很好的鲁棒性。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1、捕获六角钢坯轮廓图像；
步骤2、对捕获的六角钢坯轮廓图像进行图像处理；
步骤3、对进行图像处理后的六角钢坯轮廓图像信息进行霍夫变换，检测六角钢坯直线段；该步骤具体包括以下步骤：
步骤31、对进行图像处理后的六角钢坯轮廓图像进行霍夫变换，获取六角钢坯轮廓的若干条线段的起点和终点，并用点(x,y)存储坐标线段，其中x为线段在直角坐标系下的横坐标，y为线段在直角坐标系下的纵坐标；
步骤32、求出各线段所在直线的斜率k、倾角、对应直线方程y＝kx+b的参数b以及各线段的长度；
步骤33、将各线段转换为向量，并且修正各向量的角度到0°～180°；
步骤34、将步骤33中得到的向量进行遍历，找出六角钢的平行对边，并分别保存到三个容器中；
步骤35、将步骤34三个容器中保存的平行对边进行分离，将分离后的对边分别放入另外三个容器中，最终形成六个用于保存对边的容器；
步骤36、筛选六个容器中每个容器中长度最长的直线段作为六角钢的六条边；
步骤4、计算六角钢坯轮廓参数信息，参数信息即对边距信息。
2.如权利要求1所述的一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量方法，其特征在于，所述步骤1中捕获六角钢坯轮廓图像具体包括以下步骤：
步骤1、利用位于同一平面的三个线激光器产生稳定的线结构光，并投射到六角钢坯表面形成环形的一个激光断面轮廓光带；
步骤2、通过计算机控制三个CCD摄像机分别捕获光带；
步骤3、利用CCD摄像机自带的接口，导出捕获到的三幅六角钢坯轮廓图像。
3.如权利要求1所述的一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量方法，其特征在于，所述步骤2中对捕获的六角钢坯轮廓图像进行图像处理，具体包括以下步骤：
步骤1、对三个CCD摄像机捕获到的三幅六角钢坯轮廓图像分别进行去除光带影响；
步骤2、对去除光带影响后的图像进行周边去噪及均值滤波平滑边界；
步骤3、对进行周边去噪及均值滤波平滑边界后的图像进行图像二值化；
步骤4、对进行图像二值化后的图像进行十字滤波去除毛刺及膨胀处理；
步骤5、对进行十字滤波去除毛刺及膨胀处理后的图像进行图像还原处理；
步骤6、对经过以上步骤处理后的三幅图像进行图像融合，生成六角钢坯轮廓图像；
步骤7、对生成的六角钢坯轮廓图像进行均值滤波处理，细化图像；
步骤8、获得完整的单像素的六角钢坯轮廓图像。
4.如权利要求1所述的一种线结构光机器视觉六角钢坯轮廓测量方法，其特征在于，所述步骤4中计算六角钢坯轮廓参数信息，虽然六角钢分直立六角钢坯和水平六角钢坯两种方式，但计算方法相同，计算方法为：依据垂线方程的不同采取不同的计算方法，过六角钢的一条边的中点A作垂线，垂线与对边交于点B，求出点AB之间的距离就为六角钢坯的对边距；依据此方法即可求得直立和水平两种方式的六角钢坯的对边距，即获得六角钢坯轮廓参数信息。
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