CN112595385A - 一种目标物高度获取方法以及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种目标物高度获取方法以及装置,所述目标物高度获取方法包括:获取所述目标物表面的光斑图像,其中,所述光斑图像是使光源发射目标频段的激光来照射所述目标物并采用所述目标频段的滤波器滤波后成像得到的,所述目标频段是分析所述目标物辐射的光谱特征选定的;根据所述光源所发射激光的特征从所述光斑图像中获取匹配对象,计算所述匹配对象的梯度值;依据所述梯度值查找映射表获取所述目标物的高度信息,其中,所述映射表是通过标定方式获取的。本申请的一些实施例可以有效滤除目标物自身所辐射的光源对光斑图像造成干扰,进而影响根据光斑图像来获取目标物高度的精度。
Description
技术领域
本申请涉及测量领域,具体而言本申请实施例涉及一种目标高度获取方法以及装置。
背景技术
在目标物(钢铁等金属冶炼领域)高度测量领域,对目标物高度(例如,钢包内钢水高度)的精准测量一直是一个难点。例如,对钢包内液面高度测量的作用有多个方面:例如在浇铸工艺流程中,浇铸机构可根据钢水液位来控制钢包滑板开口度进而控制注入钢锭模内的钢水流量,使模具内的钢水液面按模铸浇注工艺所要求的上升速度平稳上升,进而提高了钢锭质量,防止了喷溅、溢钢等事故。此外,浇铸作业前对钢水温度要求较为严格,产线上会部署钢水测温设备对钢水液温进行测量,测量过程中需确保将棒体浸入深度在精确位置上以获取精准结果并避免棒体连接机构接触液面造成烧蚀,因此客观上也需要提前计算出钢包的正确液面高度。
综合对宝钢等钢铁企业的工厂实际调研和专利论文检索,目前对钢水等高温液态金属的液面高度测量方法除了工人肉眼估算这一传统方式外,主要有两个路线,一是接触式测量法,包括探针和刻度棒浸入、导电棒接触等方式,二是非接触式测量,包括使用超声波、红外测距仪,激光或相机等仪器设备依据各种原理对液面进行远距离测量。
最为常见的人工肉眼观测方法的缺点无须赘述,精度完全不可控,极度依赖于测量人员的经验和状态。
接触测量方法对液面高度的计算精度较高,最优状态下可达毫米级检测精度,但检测媒介(包括探针、刻度棒、导电棒等)的损耗速度极快,控制测温媒介物的伺服式机械结构距钢水过近,在高温高污染工业环境下长时间工作后机械误差剧烈增加,维护成本也非常不理想,在实际生产过程中基本不具备落地可行性。
非接触测量方法优势在于维护便利,设备部署较为经济,但是存在各自的缺陷导致测量精度难以达到客观要求:1.有基于sobel算子、hough变换等手段钢包表面图像进行分析处理,得到液面轮廓和钢包外沿轮廓然后依据轮廓反推液面高度的方法,如图1和图2所示。此方法的缺点在于依赖钢包的外廓完整度和平滑度,然而实际生产过程中钢包外廓由于碰撞、磨损、钢水飞溅附着等原因形成不规则形变会导致明显的轮廓拟合误差,液面表面板结的浮渣也会对图像拟合和测量精度产生严重误导。2.超声波测量法在液位测量领域也有较多研究和应用,但超声波测量理论基础完全基于声速,而对于钢水这一目标液面的特殊之处就在于钢包表面的气温会被钢水加热,升温幅度和范围未知,而声速对气温极为敏感,声速变化则会导致超声波测量结果偏离真实值,因此超声波测量法并不适用于这一领域的测量要求。3.基于激光设备也有诸多文献和技术研究关联到液面高度检测,包括激光三角测量法的相机激光组合***、激光测距仪等设备在液面高度测量方面也早已被提出。但是对于温度高达1500℃以上的钢水,其本身就是一个高辐射发生体,钢水本身的辐射能量会干扰甚至淹没常规激光设备的光信号,因此激光类测量方法在这一特殊条件下受到严重限制。
另外还有刻度棒和视觉***组合等半接触式测量方法,其劣势基本也和接触式测量近似。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种目标高度获取方法以及装置,本申请的一些实施例将激光三角测量技术应用于特殊液体高度测量,并以窄带滤波技术压制目标物(例如,钢水)等高辐射物体的背景辐射,提高***光源信号的信噪比;在本申请的一些实施例中窄带滤波的波段选型基于钢水等特定目标的光谱特征曲线,针对性的挑选背景光强较弱波谷位置结合CCD相机的光感曲线综合挑选最佳光源波段为400nm左右;本申请的一些实施例虽然基础原理源于激光三角测量法,但为了光学***的可靠性和可维护性调整了光源和相机的相对位置,光路结构从直角三角形更换为非直角三角形,高度计算方式从三角几何公式替换为映射表查找,是经典激光三角测量法的变体重构,映射表中的数据以实测数据进行样本采集标定,并在实测数据基础上用双线性插值和单线性插值方法结合补全采集样本的空缺数据,有效提升了采用激光三角测量法测量高辐射光信号的目标物液面的高度测量的精度和速度。
第一方面,本申请的一些实施例提供了一种目标物高度获取方法,所述目标物高度获取方法包括:获取所述目标物表面的光斑图像,其中,所述光斑图像是使光源发射目标频段的激光来照射所述目标物并采用所述目标频段的滤波器滤波后成像得到的,所述目标频段是分析所述目标物辐射的光谱特征选定的;根据所述光源所发射激光的特征从所述光斑图像中获取匹配对象,计算所述匹配对象的梯度值;依据所述梯度值查找映射表获取所述目标物的高度信息,其中,所述映射表是通过标定方式获取的。
本申请的一些实施例结合目标物所辐射的光谱特征来选择激光光源所发射的目标频段以及相机成像前窄带滤波器的滤波频段,可以有效滤除目标物自身所辐射的光源对光斑图像造成干扰,进而影响根据光斑图像来获取目标物高度的精度;另外,本申请实施例采用查表的方式来根据光斑图像来获取目标物高度,一方面跟公式计算法减少了计算量,另一方面可以有效改善光源和相机的相对位置(即改善下文描述的标准激光三角测量法),方便相机和激光光源在目标物附近的布放。
在一些实施例中,所述目标频段在平衡点附近,其中,所述平衡点是通过确定所述目标物的辐射光谱较弱且相机感光能力达到设定阈值的频点。
本申请的一些实施例可以确定目标物辐射光波的特征以及相机的感光特征来选取目标频段,有效克服由于目标物辐射的光信号对光斑图像的影响,进而影响确定的目标物的高度精度。
在一些实施例中,所述目标物为钢水,所述目标频段对应的波长为400纳米,所述获取所述目标物的光斑图像,包括:以蓝紫激光作为光源,配合窄带滤波片过滤由所述钢水产生的背景光波干扰获取所述光斑图像,其中,所述蓝紫激光对应的波长范围为390纳米至410纳米,所述窄带滤波片的透过波长为400纳米且带宽为±10纳米。
本申请的一些实施例采用中心波长为400纳米,截止范围收束于390-410纳米的蓝紫激光作为光源,配合透过波长同样为400纳米,带宽为±10纳米的窄带滤波片来高效压制钢水本身产生的背景光波干扰,实现激光三角测量法在高温高辐射环境下对钢水液位的精确测量。
在一些实施例中,所述光源所发射激光的特征为一字线,所述匹配对象为匹配线段,所述根据所述光源所发射的激光特征从所述光斑图像中获取匹配对象,计算所述匹配对象的梯度值,包括:检测所述光斑图像的边缘,得到光斑特征图案;获取所述光斑特征图案中线状物体的描述参数,并筛选出至少一条直线线段;基于所述至少一条直线线段获取所述匹配线段,并计算所述匹配线段的梯度值。
本申请的一些实施例通过边缘检测可以进一步凸出激光线的光斑信息。
在一些实施例中,所述检测所述光斑图像的边缘,得到光斑特征图案之前,所述目标物高度获取方法包括:对所述光斑图像进行阈值分割,以去除所述光斑图像上的噪声。
本申请的一些实施例通过阈值分割可以有效去除光斑图像上的噪声。
在一些实施例中,所述至少一条直线线段包括多条,所述基于所述至少一条直线线段获取所述匹配线段,并计算所述匹配线段的梯度值,包括:依据斜率排除所述至少一条直线线段中的干扰线段,得到所述匹配线段。
本申请的一些实施例有效排除了干扰线段的影响,提升了目标物液面高度计算的精度。
在一些实施例中,所述映射表是通过如下标定方法获得的:获取所述目标物的液面的多个梯度值,以接触式方式获取与所述多个梯度值对应的各梯度值的液面高度值H,将所述各梯度值与相应的液面高度值记录在所述映射表中。
本申请的一些实施例采用预先获取梯度和液面高度(采用接触方式获取高度)之间对应关系的映射表,可以省去根据光斑图像采用计算方式获取高度值的计算量,提升处理速度。
在一些实施例中,通过插值算法补全所述映射表中的元素。
本申请的一些实施例通过插值方法可以补全样本范围内最大梯度值和最小梯度值之间缺失的样本数据。
在一些实施例中,所述插值算法包括双线性插值法各单线性插值法中的至少一种,其中,所述单线性插值法的计算公式如下:
其中,Hmax对应越界极大值Vmax映射的液面高度值,Hmin对应越界极小值Vmin映射的液面高度值,H1和H2分别对应标定样本中V1和V2的对应映射值。
本申请的一些实施例用双线性插值和单线性插值方法结合补全采集样本的空缺数据。
第二方面,本申请的一些实施例提供一种目标物高度获取装置,所述目标物高度获取装置,包括:获取模块,被配置为获取所述目标物表面的光斑图像,其中,所述光斑图像是使光源发射目标频段的激光来照射所述目标物并采用所述目标频段的滤波器滤波后成像得到的,所述目标频段是分析所述目标物辐射的光谱特征选定的;匹配对象获取模块,被配置为根据所述光源所发射激光的特征从所述光斑图像中获取匹配对象,计算所述匹配对象的梯度值;高度信息获取模块,被配置为依据所述梯度值查找映射表获取所述目标物的高度信息,其中,所述映射表是通过标定方式获取的。
第三方面,本申请的一些实施例提供一种目标物高度获取***,所述目标物高度获取***包括:上述第二方面所述的目标物高度获取装置;光源,被配置为向所述目标物发射目标频段的激光信号,以在所述目标物表面形成光斑;相机,被配置为采用窄带滤波过滤光信号后拍摄所述光斑,得到光斑图像,并向所述目标物高度测量装置提供所述光斑图像。
在一些实施例中,所述目标物高度测量***还包括固定架,其中,所述光源和所述相机位于所述固定架上。
第四方面,本申请的一些实施例提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述程序被处理器执行时可实现上述第一方面所述的方法。
第五方面,本申请的一些实施例提供一种信息处理设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,其中,所述处理器执行所述程序时可实现上述第一方面所述的方法。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为相关技术的激光三角测法的***组成图之一;
图2为相关技术的激光三角测法的光学原理示意图;
图3为本申请实施例提供的目标物高度获取方法的流程图;
图4为本申请实施例提供的钢水的辐射频段示意图;
图5为本申请实施例提供的相机拍摄的光斑图像;
图6为本申请实施例提供的钢水高度获取***的组成图;
图7为本申请实施例提供的钢水高度获取方法的流程图;
图8为本申请实施例对拍摄的光斑图像进行Canny算子过滤后得到边缘提取特征信息的图像;
图9为本申请实施例对拍摄图像进行Hough变换后提取出的线段标记;
图10为本申请实施例拍摄图像上的梯度点选取示意图;
图11为本申请实施例提供的目标物高度获取装置的组成框图;
图12为本申请实施例提供的信息处理设备的组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行描述。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时,在本申请的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
激光三角测法对常规物体包括固体物和常温液态面都可以达到较为精准的测量结果:激光发射器通过镜头将光束射向被测物体(即目标物)表面形成光斑图案,相机可以在不同的角度下“看见"这个光点,光斑就会在相机光敏面上成像。当被测物体表面沿着光轴线方向发生位移变化时,反射光角度也会随之改变,光斑在相机靶面上的成像也会发生相应的移动,且成像位置和激光轴线的位置具有唯一对应关系,具体原理示意图参见图1和图2。依据此方法可以精确测量出钢水液面距离相机的距离,而相机架设高度为已知信息,从而进一步推导出钢水液面高度。
如图1所示,相关技术的激光三角测法包括相机100和激光器200(即激光发射器或称为光源),图中的h1、h2和h3分别表示三个液面高度。通过图2可以看出当目标物液面高度升高d时,则在相机100的传感器表面的成像点也发生位移d,因此可以通过分析成像点位移量来对应获取升高的液面高度值。图1为标准的激光三角测量硬件结构示意图,相机和光源投射器为刚性连接,距离和角度锁死,相机采用倾斜角度拍摄,光源照射方向垂直于水平面,因此对于不同高度的平面,光源投射到平面再反射到相机镜头中的光路角度就产生的变化。
图2为图1对应的激光三角测量光学原理图,光源投射在不同水平高度的光斑反射经由镜头后会在相机靶面的不同位置成像,设被测平面高度变化量为d,高度变化后在相机靶面上的成像位移为d’,则依据三角几何中等边对等角定理,可知d的变化幅度和方向与d’线性相关,因此可以通过软件分析记录光斑在相机靶面上位移d’来反推目标水平高度变化d。同时,也可以确定在当前硬件结构固定的前提下,固定水平位置的光斑反射到相机靶面上的成像信号坐标也是固定并且对应的,通过标定方法可以记录每个水平高度在相机靶面中对应的刻度坐标。
相关技术的激光三角测量技术的弱点在于完全依赖自身激光光斑成像,对于黑体、镜面反射体、发光体等目标物会破坏光斑成像图案,导致测算目标距离所需的基础信息源失效。例如,钢水本身就是高辐射物体之一,因此本申请的一些实施例基于三角测量技术,并采取光谱分析方法和窄带滤波技术实施干扰光压制,以克服相关技术的激光三角测量技术的短板,实现对钢水液面的高度测量。
窄带滤波片是经过特殊镀膜处理的透光玻璃,是从带通滤光片中细分出来的,其定义与带通滤光片相同,也就是这种滤光片在特定的波段允许光信号通过,而偏离这个波段以外的两侧光信号被阻止,窄带滤光片的通带相对来说比较窄,一般为中心波长值的5%以下。使用和窄带滤波片中心波长匹配的光源就可保证目标光学信号微损穿透滤波片的同时其他波段的光被滤波片截止,从而达到将目标光源信号(即本申请实施例的目标频段对应的信号)从强大的辐射背景中提取的目的,显著提高光学***的信噪比。
请参看图3,图3为本申请的一些实施例提供了一种目标物高度获取方法,所述目标物高度获取方法包括:S101,获取所述目标物表面的光斑图像,其中,所述光斑图像是使光源发射目标频段的激光来照射所述目标物并采用所述目标频段的滤波器滤波后成像得到的,所述目标频段是分析所述目标物辐射的光谱特征选定的;S102,根据所述光源所发射激光的特征从所述光斑图像中获取匹配对象,计算所述匹配对象的梯度值;S103,依据所述梯度值查找映射表获取所述目标物的高度信息,其中,所述映射表是通过标定方式获取的。
下面示例性阐述上述各步骤。
在本申请的一些实施例中,S101涉及的目标频段在平衡点附近,其中,所述平衡点是通过确定所述目标物的辐射光谱较弱且相机感光能力较好(可以通过判定感光参数达到设定阈值来确定较好)的频点。
例如,根据光谱仪在炼钢车间现场所采集到的钢包内钢液辐射光谱数据(如图4),可以发现目前在科研和商用领域最常用的红光及红外激光设备都不是最适用于炼钢场景下的光源选择,因为人眼可见光光谱(波长400至760纳米)和近红外光短波范围内(近红外短波在学术上定义为760至1100纳米区间光波,但绝大多数工业相机感光芯片对800纳米以上的光波敏感性能急速下降)钢水的辐射强度都较为强烈,光强压制成本较为高昂。而钢水辐射在自500纳米波段开始向紫外方向(短波)上强度下降较快,在400纳米(即平衡点)左右蓝紫光附近可取得钢水辐射较弱并且相机感光能力较好的平衡点。通过研究市面上常见几款CCD相机的感光响应曲线,可见在400纳米以下和920纳米以上红外波长虽然都是钢水辐射光谱中强度更弱的区间,但相机的光感能力急剧衰弱,相机本身电流信噪比开始放大,而在这些波长区间内有良好光感能效的紫外或红外相机都较为昂贵,经济适用性不足以支撑生产实践落地,因此在本申请的一些实施例可以作为学术研究反向上的备选方案,4为光谱仪原始界面截图,图4的横坐标表征波长,纵坐标表征对应于各波长的辐射强度信息。
作为本申请的一个示例,目标物为钢水时,本申请一些实施例的方案采用中心波长为400纳米(即平衡点),截止范围收束于390-410纳米(即对应目标频段)的蓝紫激光作为光源,配合透过波长同样为400纳米,带宽为±10纳米的窄带滤波片来高效压制钢水本身产生的背景光波干扰,实现激光三角测量法在高温高辐射环境下对钢水液位的精确测量。这个技术方案所需的相机可采用量产的普通工业,激光光源功率控制在10瓦以内即可达到背景光充分抑制效果,实现1500℃以上高温钢水下清晰成像激光线条,拍摄效果如图5所示。按照本申请一些实施例执行的设备选型可达成低廉的硬件***部署成本,具备在工业领域应用的可行性,测量***硬件结构(即目标物高度获取***)如图6所示。图6的***包括:激光器200,其中心波长为400纳米(即平衡点),截止范围收束于390-410纳米;窄带滤光片,设置在相机100的前方,该窄带滤光片的波长同样为400纳米,带宽为±10纳米;以及相机100,被配置为获取激光器照射至钢包液面上形成的光斑的图像,得到S101记载的光斑图像。
也就是说,在本申请的一些实施例中,所述目标物为钢水,所述目标频段对应的波长为400纳米,所述获取所述目标物的光斑图像,包括:以蓝紫激光作为光源,配合窄带滤波片过滤由所述钢水产生的背景光波干扰获取所述光斑图像,其中,所述蓝紫激光对应的波长范围为390纳米至410纳米,所述窄带滤波片的透过波长为400纳米且带宽为±10纳米。
在本申请的一些实施例中,所述激光特征为一字线(如图6所示的液面上的直线光斑),所述匹配对象为匹配线段,S102包括:检测所述光斑图像的边缘,得到光斑特征图案;获取所述光斑特征图案中线状物体的描述参数,并筛选出至少一条直线线段;基于所述至少一条直线线段获取所述匹配线段,并计算所述匹配线段的梯度值。
为了去除光斑图像上的噪声,在本申请的一些实施例中,S102在执行检测所述光斑图像的边缘,得到光斑特征图案之前,还包括:对所述光斑图像进行阈值分割,以去除所述光斑图像上的噪声。
为了剔除多余直线对匹配直线的影响,在本申请的一些实施例中,S102记载的至少一条直线线段包括多条,则S102进一步包括:依据斜率排除所述至少一条直线线段中的干扰线段,得到所述匹配线段。
在本申请的一些实施例中,S103涉及的映射表是通过如下标定方法获得的:获取所述目标物的液面的多个梯度值,以接触式方式获取与所述多个梯度值对应的各梯度值的液面高度值H,将所述各梯度值与相应的液面高度值记录在所述映射表中。例如,通过插值算法补全所述映射表中的元素。
在本申请的一些实施例中,所述插值算法包括双线性插值法各单线性插值法中的至少一种,其中,所述单线性插值法的计算公式如下:
设出现的越界值Vmax为大于现有样本范围,则设V1和V2为现有样本中最大值和第二大值,设出现的越界值Vmin为小于现有样本范围,则设V1和V2为现有样本的最小值和第二小值。
下面以目标物为钢水,并结合图6以及图7示例阐述目标物高度获取方法的过程。
图6所示为本申请一些实施例的目标物高度获取方法对应的硬件***的组成。结合图6可以看出本申请实施例的光学设计和标准的激光三角测量***(如图1或图2所示)有如下区别:在标准的激光三角测量***中(图1和图2),激光器200的位置应该垂直于水平面也就是液面,如果激光器200为斜角安装则相机100就应该设置为垂直于被测平面放置,因为经典的三角测量理论中的三角应为直角三角形才可满足高度计算公式。但本申请一些实施例中的光学***安装固定于钢架平台上,垂直高悬激光器200并维持整套光学***相对位置稳定在工程部署上较难实现,同时钢包液面高度浮动范围较小,估算精度要求可放宽到厘米级,因此如图6所示本申请一些实施例的相机100和激光器200分别部署于钢架平台两侧高处,相对照准中心钢包,而相关技术需要通过三角几何公式将光斑像素位置换算成液面高度的步骤在本申请的实施例中也替换为映射表方式来实现。
本申请的一些实施例的相机100通过激光三角测量原理和窄带滤波技术获取到图5所示钢水图像以后,则开始使用软件算法(即本申请一些实施例的目标物高度获取方法)对图片进行分析处理。目标物高度获取方法全流程步骤如下:
S401,拍摄图片,即由图6的相机100拍摄到钢包上表面图片,获取光斑图像,发送给图像处理模块(用于执行目标物高度获取方法)。
S402,阈值分割,即对获取的光斑图像进行阈值分割,清理掉低灰度噪声数据。根据本申请一些实施例的光学方案设计,需要提取激光光斑已经被***硬件凸显为高亮度像素,因此灰度较低区域必定为纹理噪声。设定阈值为T,对于光斑图像上任意一点像素G(x,y),x和y分别为光斑图片横轴和纵轴坐标,G为该像素点灰度值,如果G(x,y)<T,则G(x,y)=0。阈值T的设定可以为手动设定,也可以用自适应方法统计全图所有像素灰度值后按最大至最小排列,取位序为第7%的灰度值为T的取值。
S403,边缘检测。为了进一步凸出激光线光斑信息,使用Canny算子对阈值分割后的图像进行边缘检测运算,Canny算子为图像处理领域应用较为广泛的边缘检测算子之一,可直接通过OpenCV第三方开源工具库调用执行,图5经过Canny算子过滤后输出如图8所示。图8为canny算子处理完毕后的中间结果显示,表征了边缘提取特征信息。
S404,直线检测。本申请一些实施例使用的激光器的光源为激光三角测量中最常用的一字线激光,因此需要提取的光斑对象为直线线段。对图8的边缘检索结果图进行Hough变换,获取所有图像中线状物体的描述参数然后筛选出直线线段结果,最后标记出线段绘制到原图5上后为图9所示结果。Hough变换也是经典图像处理算法之一,也可以直接通过OpenCV等工具库加载调用。
S405,斜率筛选。假设图9所示直线检索后检出结果有两条线,由于相机和激光光源相对安装位置已知,激光照射角度和光斑成像角度也已知,可依据斜率排除掉干扰线段。例如,排除方法包括:设线段的端点分别为A(Xa,Ya)和B(Xb,Yb)(端点坐标值在Hough变换过程中获得),则斜率L=(Xa-Xb)/(Ya-Yb),对比所有线段斜率和光斑预期斜率值差值后,选取斜率最接近的线段,排除掉其他结果。
S406,梯度计算。经过S405确定光斑匹配线段后,计算其梯度值V的过程包括:设图片高度为MH,遍历光斑线所有像素点,取纵轴坐标分别为MH/2,MH/2+20,MH/2+40,MH/2+60,MH/2+80的5个点的横坐标X1、X2、X3、X4、X5,计算出梯度值V=X1+X2+X3+X4+X5,图10标记出的5个亮点即为5个采样轴和光斑线段相交产生的梯度采样点。
S407,确定映射表已标定。映射表已标定即需要依据像素梯度值V建立光斑坐标和钢包液面高度Height的标定映射表,S408的标定方法可以包括:S4081,数据采样,即在车间现场部署固定本申请实施例的硬件***(如图6所示)后,获取到钢包液面梯度值V,以刻度测量棒等接触式方式获取到精确的液面高度值H并将V–>H的映射关系记录在映射表中;以及S4082,映射表补齐,例如,采集到100个以上映射样本以后,需要对已测得的样本范围内即梯度最大值Vmax和最小值Vmin之间采样缺失样本进行双线性插值补全,确保梯度V每变化一个像素值都能在映射表中查到对应的液面高度H值。
例如,具体的补齐方法和算法如下:
V是指标定采样过程中通过本申请实施例提供的所述激光三角测量法获得的钢包液面梯度值,H则是标定样本中以刻度测量棒等接触式方式获取到精确的液面高度值,对于每个梯度采样值都有对应的液面高度值以V–>H的映射关系记录在映射表中。因此以下公式中,Hmax对应越界极大值Vmax映射的液面高度值,Hmin对应越界极小值Vmin映射的液面高度值,H1和H2分别对应标定样本中V1和V2的对应映射值,由标定过程中的测量实践方式获得。
双线性插值补全执行方法为:设映射表梯度从小到大依次有V1、V2、V3、V4、V5,其中V3为映射表中未记录的数据缺乏样本,其他为已有记录样本和对应H映射值,则V3对应的H3计算公式为:
H3计算完毕后以和V3一起录入映射表,插值计算的方式补全的映射表中样本范围应已覆盖了绝大多数情况下的液面高度了,但实际生产过程中可能会偶尔出现在映射表现有样本范围之外的极大值或极小值,则对新的极值进行单线性插值计算并录入到映射表中,扩展映射表的样本范围。设出现的越界值Vmax为大于现有样本范围,则设V1和V2为现有样本中最大值和第二大值,计算Hmax单线性插值公式为:
设出现的越界值Vmin为小于现有样本范围,则设V1和V2为现有样本的最小值和第二小值,计算Hmin的单线性插值公式为:
S409,高度换算。即确定映射表构建完毕后,则直接根据S406获得的梯度值V推算出当前测量的液面高度H。
请参考图11,图4示出了本申请实施例提供了一种目标物高度获取装置,应理解,该装置与上述图3方法实施例对应,能够执行上述方法实施例涉及的各个步骤,该装置的具体功能可以参见上文中的描述,为避免重复,此处适当省略详细描述。装置包括至少一个能以软件或固件的形式存储于存储器中或固化在装置的操作***中的软件功能模块,该目标物高度获取装置,包括:获取模块101,被配置为获取所述目标物表面的光斑图像,其中,所述光斑图像是使光源发射目标频段的激光来照射所述目标物并采用所述目标频段的滤波器滤波后成像得到的,所述目标频段是分析所述目标物辐射的光谱特征选定的;匹配对象获取模块102,被配置为根据所述光源所发射激光的特征从所述光斑图像中获取匹配对象,计算所述匹配对象的梯度值;高度信息获取模块103,被配置为依据所述梯度值查找映射表获取所述目标物的高度信息,其中,所述映射表是通过标定方式获取的。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的装置的具体工作过程,可以参考前述图3方法中的对应过程,在此不再过多赘述。
本申请的一些实施例提供一种目标物高度获取***,所述目标物高度获取***包括:图4目标物高度获取装置(例如这个目标物高度获取装置可以设置在一个服务器上);光源(如图6的激光器200),被配置为向所述目标物发射目标频段的激光信号,以在所述目标物表面形成光斑;相机(如图6的相机100),被配置为采用窄带滤波过滤光信号后拍摄所述光斑,得到光斑图像,并向所述目标物高度测量装置提供所述光斑图像。
在一些实施例中,所述目标物高度测量***还包括固定架(例如钢架),其中,所述光源和所述相机位于所述固定架上。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的***的具体工作过程,可以参考前述图3或者图6方法中的对应过程,在此不再过多赘述。
本申请的一些实施例提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述程序被处理器执行时可实现上述图3或者图7所述的方法。
如图12所示,本申请的一些实施例提供一种信息处理设备500,包括存储器510、处理器520以及存储在所述存储器510上并可在所述处理器520上运行的计算机程序,其中,所述处理器520通过总线530读取程序并执行所述程序时可实现上述图3或者图7所述的方法。
处理器520可以处理数字信号,可以包括各种计算结构。例如复杂指令集计算机结构、结构精简指令集计算机结构或者一种实行多种指令集组合的结构。在一些示例中,处理器520可以是微处理器。
存储器510可以用于存储由处理器520执行的指令或指令执行过程中相关的数据。这些指令和/或数据可以包括代码,用于实现本申请实施例描述的一个或多个模块的一些功能或者全部功能。本公开实施例的处理器520可以用于执行存储器510中的指令以实现图3中所示的方法。存储器510包括动态随机存取存储器、静态随机存取存储器、闪存、光存储器或其它本领域技术人员所熟知的存储器。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的装置和方法,也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上,流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分,所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意,在有些作为替换的实现方式中,方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如,两个连续的方框实际上可以基本并行地执行,它们有时也可以按相反的顺序执行,这依所涉及的功能而定。也要注意的是,框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合,可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现,或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外,在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分,也可以是各个模块单独存在,也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本申请的保护范围,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (14)
1.一种目标物高度获取方法,其特征在于,所述目标物高度获取方法包括:
获取目标物表面的光斑图像,其中,所述光斑图像是使光源发射目标频段的激光来照射所述目标物并采用所述目标频段的滤波器滤波后成像得到的,所述目标频段是分析所述目标物辐射的光谱特征选定的;
根据所述光源所发射激光的特征从所述光斑图像中获取匹配对象,计算所述匹配对象的梯度值;
依据所述梯度值查找映射表获取所述目标物的高度信息,其中,所述映射表是通过标定方式获取的。
2.如权利要求1所述的目标物高度获取方法,其特征在于,所述目标频段在平衡点附近,其中,所述平衡点是通过确定所述目标物的辐射光谱较弱且相机感光能力达到设定阈值的频点。
3.如权利要求1所述的目标物高度获取方法,其特征在于,所述目标物为钢水,所述目标频段对应的波长为400纳米,所述获取目标物的光斑图像,包括:
以蓝紫激光作为光源,配合窄带滤波片过滤由所述钢水产生的背景光波干扰获取所述光斑图像,其中,所述蓝紫激光对应的波长范围为390纳米至410纳米,所述窄带滤波片的透过波长为400纳米且带宽为±10纳米。
4.如权利要求1所述的目标物高度获取方法,其特征在于,所述光源所发射激光的特征为一字线,所述匹配对象为匹配线段,所述根据所述光源所发射的激光特征从所述光斑图像中获取匹配对象,计算所述匹配对象的梯度值,包括:
检测所述光斑图像的边缘,得到光斑特征图案;
获取所述光斑特征图案中线状物体的描述参数,并筛选出至少一条直线线段;
基于所述至少一条直线线段获取所述匹配线段,并计算所述匹配线段的梯度值。
5.如权利要求4所述的目标物高度获取方法,其特征在于,所述检测所述光斑图像的边缘,得到光斑特征图案之前,所述目标物高度获取方法包括:
对所述光斑图像进行阈值分割,以去除所述光斑图像上的噪声。
6.如权利要求4所述的目标物高度获取方法,其特征在于,所述至少一条直线线段包括多条,所述基于所述至少一条直线线段获取所述匹配线段,并计算所述匹配线段的梯度值,包括:依据斜率排除所述至少一条直线线段中的干扰线段,得到所述匹配线段。
7.如权利要求1所述的目标物高度获取方法,其特征在于,所述映射表是通过如下标定方法获得的:
获取所述目标物的液面的多个梯度值,以接触式方式获取与所述多个梯度值对应的各梯度值的液面高度值H,将所述各梯度值与相应的液面高度值记录在所述映射表中。
8.如权利要求7所述的目标物高度获取方法,其特征在于,通过插值算法补全所述映射表中的元素。
10.一种目标物高度获取装置,其特征在于,所述目标物高度获取装置,包括:
获取模块,被配置为获取目标物表面的光斑图像,其中,所述光斑图像是使光源发射目标频段的激光来照射所述目标物并采用所述目标频段的滤波器滤波后成像得到的,所述目标频段是分析所述目标物辐射的光谱特征选定的;
匹配对象获取模块,被配置为根据所述光源所发射激光的特征从所述光斑图像中获取匹配对象,计算所述匹配对象的梯度值;
高度信息获取模块,被配置为依据所述梯度值查找映射表获取所述目标物的高度信息,其中,所述映射表是通过标定方式获取的。
11.一种目标物高度获取***,其特征在于,所述目标物高度获取***包括:
如权利要求10所述的目标物高度获取装置;
光源,被配置为向所述目标物发射目标频段的激光信号,以在所述目标物表面形成光斑;
相机,被配置为采用窄带滤波过滤光信号后拍摄所述光斑,得到光斑图像,并向所述目标物高度获取装置提供所述光斑图像。
12.如权利要求11所述的目标物高度获取***,其特征在于,所述目标物高度获取***还包括固定架,其中,所述光源和所述相机位于所述固定架上。
13.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述程序被处理器执行时可实现权利要求1-9中任意一项权利要求所述的方法。
14.一种信息处理设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,其中,所述处理器执行所述程序时可实现权利要求1-9中任意一项权利要求所述的方法。
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