一种棒材表面缺陷尺寸面积确定方法

摘要

本发明提供一种棒材表面缺陷尺寸面积确定方法，属于机器视觉无损检测领域。所述方法包括：利用3D线扫描相机和2D线阵相机采集待检测棒材的表面图像，在2D线阵相机采集的图像中检测出待检测棒材的表面缺陷；在3D线扫描相机得到的3D深度图中获取到缺陷所在位置曲线上的多点坐标信息，利用这些点拟合出曲线方程，对曲线做弧长积分得到实际的长度，实现曲线展开算法；将缺陷区域分解为多个小矩形，利用曲线展开算法计算所有小矩形面积来求和得到缺陷区域的面积。采用本发明，能够准确确定缺陷区域的面积。

说明书

技术领域

本发明涉及机器视觉无损检测领域，特别是指一种棒材表面缺陷尺寸面积确定方法。

背景技术

棒材在生产过程中需要检测其表面存在的各种缺陷，分析缺陷的尺寸信息，计算出缺陷的面积，统计分析缺陷的尺寸和面积信息来对棒材产品进行准确的定级，和板带材类产品检测不同，棒材表面不是平面，而是一个弧面，需要将棒材弧面准确的展开为对应的平面后，才能准确的计算出各类缺陷的真实面积，完成对产品的准确分级，大多数方法会从生产管理系统获取棒材的直径，通过该直径作为参数来展开棒材的弧面，但在实际情况下通过这种方法计算出的缺陷面积并不准确，这是因为：

1、棒材长度方向上不同部分直径可能会存在差异；

2、存在获取到的直径参数与真实粗轧完成的直径并不一致的情况；

3、棒材的截面有可能并不是一个标准的圆形，而是椭圆；

4、棒材直径的变化导致相机的物距变化影响了之前标定的参数，造成计算误差。

发明内容

本发明实施例提供了棒材表面缺陷尺寸面积确定方法，能够准确计算缺陷区域的面积。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种棒材表面缺陷尺寸面积确定方法，该方法包括：

利用3D线扫描相机和2D线阵相机采集待检测棒材的表面图像，在2D线阵相机采集的图像中检测出待检测棒材的表面缺陷；

在3D线扫描相机得到的3D深度图中获取到缺陷所在位置曲线上的多点坐标信息，利用这些点拟合出曲线方程，对曲线做弧长积分得到实际的长度，实现曲线展开算法；

将缺陷区域分解为多个小矩形，利用曲线展开算法计算所有小矩形面积来求和得到缺陷区域的面积。

进一步地，在利用3D线扫描相机和2D线阵相机采集待检测棒材的表面图像，在2D线阵相机采集的图像中检测出待检测棒材的表面缺陷之前，所述方法包括：

沿棒材运动方向依次安装3D线扫描相机、2D线阵相机，其中，3D线扫描相机和2D线阵相机安装在平行于棒材运动方向的运动机构上，且3D线扫描相机和2D线阵相机距离棒材表面的最小距离为固定值；

对2D线阵相机和3D线扫描相机在y和x方向的关系进行标定，得到从2D线阵相机图像到3D线扫描相机深度图之间的对应关系，其中，x方向为棒材运动方向，即：棒材长度方向，y方向表示棒材宽度方向。

进一步地，所述沿棒材运动方向依次安装3D线扫描相机、2D线阵相机，其中，3D线扫描相机和2D线阵相机安装在平行于棒材运动方向的运动机构上，且3D线扫描相机和2D线阵相机距离棒材表面的最小距离为固定值包括：

沿棒材运动方向依次安装激光测距传感器、3D线扫描相机、2D线阵相机，其中，3D线扫描相机和2D线阵相机安装在平行于棒材运动方向的运动机构上；

激光测距传感器在待检测棒材进入3D线扫描相机检测区域前获取3D线扫描相机到棒材表面的最小距离并将距离数据发送至控制运动机构；

控制运动机构根据接收到的距离数据控制运动机构进行调整，使得3D线扫描相机和2D线阵相机距离棒材表面的最小距离保持为固定值。

进一步地，所述对2D线阵相机和3D线扫描相机在y和x方向的关系进行标定，得到从2D线阵相机图像到3D线扫描相机深度图之间的对应关系包括：

标定出2D线阵相机在x方向的采集线位置P

确定在y方向上2D线阵相机和3D线扫描相机的采集范围之间的关系；

根据得到的2D线阵相机在x方向的采集线位置P

m＝n–ΔP/δ

其中，δ表示在棒材运动方向上每条采集线对应的采样精度。

进一步地，所述确定在y方向上2D线阵相机和3D线扫描相机的采集范围之间的关系包括：

在2D线阵相机和3D线扫描相机的采集范围内制造两个凸起物A和B作为标定参考物；其中，3D线扫描相机提供其激光线亮度图像构成的3D灰度图和经过相机内部标定系统转化后得到3D深度图；

在3D灰度图中A、B物体为A

(C

通过3D线扫描相机内部3D灰度图和3D深度图之间的对应关系，获得3D深度图中对应于C点的位置C

进一步地，所述在3D线扫描相机得到的3D深度图中获取到缺陷所在位置曲线上的多点坐标信息，利用这些点拟合出曲线方程，对曲线做弧长积分得到实际的长度，实现曲线展开算法包括：

根据从2D线阵相机图像到3D线扫描相机深度图之间的对应关系，在3D线扫描相机得到的3D深度图中确定缺陷对应的外接矩形，在3D深度图中使用(a

缺陷的长度l＝(d

缺陷的宽度由y方向的a

进一步地，曲线方程表示为：

z＝ky

其中，输入矩阵M为：

参数向量Q为：

输出矩阵R为：

其中，k、m、n都表示参数系数；y

计算满足方程M×Q＝R的Q的最优解

在

其中，M

得到最优解

其中，w表示缺陷的宽度，z′

进一步地，所述将缺陷区域分解为多个小矩形，利用曲线展开算法计算所有小矩形面积来求和得到缺陷区域的面积包括：

将缺陷区域沿x方向划分为多个矩形，利用计算x方向长度和y方向长度的方法，计算出划分的各个小矩形的面积，对所有小矩形的面积进行积分获得整个缺陷区域的面积。

进一步地，整个缺陷区域的面积S表示为：

其中，ΔS

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明实施例中，利用3D线扫描相机和2D线阵相机采集待检测棒材的表面图像，在2D线阵相机采集的图像中检测出待检测棒材的表面缺陷；在3D线扫描相机得到的3D深度图中获取到缺陷所在位置曲线上的多点坐标信息，利用这些点拟合出曲线方程，对曲线做弧长积分得到实际的长度，实现曲线展开算法；将缺陷区域分解为多个小矩形，利用曲线展开算法计算所有小矩形面积来求和得到缺陷区域的面积。这样，将缺陷所在曲面展开为对应的平面，从而准确确定缺陷区域的面积，以解决现有技术存在的由于不能准确的将棒材曲面展开为对应平面导致对缺陷尺寸和面积计算不准确从而影响棒材产品的最终分级的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例提供的棒材表面缺陷尺寸面积确定方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的棒材表面缺陷尺寸面积确定方法的硬件结构示意图；

图3为本发明实施例提供的2D线阵相机和3D线扫描相机坐标系示意图；

图4为本发明实施例提供的相机标定关系示意图；

图5为本发明实施例提供的缺陷面积计算示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供了一种棒材表面缺陷尺寸面积确定方法，该方法包括：

S101，利用3D线扫描相机和2D线阵相机采集待检测棒材的表面图像，在2D线阵相机采集的图像中检测出待检测棒材的表面缺陷。

本实施例中，在利用3D线扫描相机和2D线阵相机采集待检测棒材的表面图像，在2D线阵相机采集的图像中检测出待检测棒材的表面缺陷之前，还包括以下步骤：

首先，沿棒材运动方向依次安装3D线扫描相机、2D线阵相机，其中，3D线扫描相机和2D线阵相机安装在平行于棒材运动方向的运动机构上，且3D线扫描相机和2D线阵相机距离棒材表面的最小距离为固定值；

接着，对2D线阵相机和3D线扫描相机在y和x方向的关系进行标定，得到从2D线阵相机图像到3D线扫描相机深度图之间的对应关系，其中，x方向为棒材运动方向，即：棒材长度方向，y方向表示棒材宽度方向。

本实施例中，所述沿棒材运动方向依次安装3D线扫描相机、2D线阵相机，其中，3D线扫描相机和2D线阵相机安装在平行于棒材运动方向的运动机构上，且3D线扫描相机和2D线阵相机距离棒材表面的最小距离为固定值；具体可以包括以下步骤：

A1，如图2所示，沿棒材运动方向依次安装激光测距传感器、3D线扫描相机、2D线阵相机，其中，3D线扫描相机和2D线阵相机安装在平行于棒材运动方向的运动机构上，以保证两者的采集线垂直于棒材运动方向且处于平行状态；

A2，激光测距传感器在待检测棒材进入3D线扫描相机检测区域前获取3D线扫描相机到棒材表面的最小距离，当棒材因直径变化导致相机距离棒材表面的最小距离发生变化时，将距离数据发送至控制运动机构；

A3，控制运动机构根据接收到的距离数据控制运动机构进行调整，使得3D线扫描相机和2D线阵相机距离棒材表面的最小距离保持为固定值。

本实施例中，运动机构到棒材表面的最小距离为L(即：物距)，3D线扫描相机和2D线阵相机固定安装在运动机构上，安装完成后3D线扫描相机和2D线阵相机距离棒材表面的最小距离就确定为L

本实施例中，运动机构通过运动来补偿物距发生的变化，可以保证相机与初始物距保持一致，即保持物距不变，从而保证后续标定完成后，标定出的关系不会发生偏差，以保证后续标定关系的稳定性。

本实施例中，所述对2D线阵相机和3D线扫描相机在y和x方向的关系进行标定，得到从2D线阵相机图像到3D线扫描相机深度图之间的对应关系，其中，x方向为棒材运动方向，即：棒材长度方向，y方向表示棒材宽度方向，z方向为相机距离棒材表面的距离方向，如图3所示；具体可以包括以下步骤：

B1，标定出2D线阵相机在x方向的采集线位置P

B2，确定在y方向上2D线阵相机和3D线扫描相机的采集范围之间的关系；

本实施例中，在2D线阵相机和3D线扫描相机的采集范围内制造两个凸起物A和B作为标定参考物；其中，3D线扫描相机提供其激光线亮度图像构成的3D灰度图和经过相机内部标定系统转化后得到3D深度图；

如图4所示，在3D灰度图中A、B物体为A

(C

通过该方程关系可以由C

本实施例中，步骤B2是解决y方向上的对应关系，公式(C

B3，根据得到的2D线阵相机在x方向的采集线位置P

本实施例中，使用3D线扫描相机来提供2D相机中缺少的z方向的深度信息，3D线扫描相机和2D线阵相机采用外触发方法来控制采集，具体的：采用差分信号发生器输出的采集频率同时控制2D线阵相机和3D线扫描相机的采集来保证在棒材运动方向上2D线阵相机和3D线扫描相机的采样精度δ一致，从而达到在两个相机在棒材运动方向x方向上采集的图像高度相同，实现从2D相机图像到3D相机灰度图像和3D相机深度图像的标定参考点的匹配，便于在2D图像和3D深度图中进行位置对比。

本实施例中，由于2D线阵相机和3D线扫描相机的采集线位置不同，需要找到2D线阵相机采集图像中的各行与3D线扫描相机采集的深度图中对应的行关系，由于3D线扫描相机安装在2D线阵相机之前，所以可以保证2D线阵相机采集的缺陷所在区域的每一行数据能够在3D线扫描相机采集的3D深度图中找到，设测速装置测定的棒材运动速度为v，差分信号发生器输出的采集频率为f，在棒材运动方向上每条采集线对应的采样精度为：

δ＝v/f

通常保证δ保持不变的情况下，根据棒材运动速度v的变化来决定差分信号发生器输出的采集频率f＝v/δ来保证采集精度保持一致。

本实施例中，将信号发生器同时控制3D相机和2D相机，根据测速装置测定的棒材运动速度来控制差分信号发生器输出的采集频率保证在x方向上，2D线阵相机和3D线扫描相机图像中采集线之间的间距是恒定且相同的，这样就解决了在x方向的对应问题。

本实施例中，由需要检测到的缺陷在x方向上的最小尺寸γ来决定采集精度δ，δ和γ之间至少满足关系：

δ≥2γ

本实施例中，在确定δ后，根据得到的2D线阵相机在x方向的采集线位置P1和3D线扫描相机在x方向的采集线位置P2之间差异值ΔP，确定2D线阵相机中第n行采集的数据需要对应到3D线扫描相机的第m行采集的数据，其中，m、n之间的关系表示为：

m＝n–ΔP/δ

其中，δ表示在棒材运动方向上每条采集线对应的采样精度。

本实施例中，利用测速装置和差分信号发生器来保证在棒材运动方向的采集精度恒定，并利用关系：m＝n–ΔP/δ，可以准确将2D线阵相机中检测得到的缺陷图像区域对应到3D线扫描相机的深度图中了。

S102，在3D线扫描相机得到的3D深度图中获取到缺陷所在位置曲线上的多点坐标信息，利用这些点拟合出曲线方程，对曲线做弧长积分得到实际的长度，实现曲线展开算法。

本实施例中，根据从2D线阵相机图像到3D线扫描相机深度图之间的对应关系，在3D线扫描相机得到的3D深度图中确定缺陷对应的外接矩形，如图4中所示，在3D深度图中使用(a

本实施例中，缺陷尺寸使用缺陷外接矩形的长度和宽度来确定；将缺陷的长度方向定义为棒材运动方向x，缺陷的宽度方向定义为垂直于x的y方向，即：棒材宽度方向；

缺陷的长度由矩形在x方向上c

需要说明的是：

3D线扫描相机每次输出一行数据，这行数据包括各个点的y和z坐标(其中，z坐标体现深度信息)的值，y和z坐标值由3D线扫描相机内部的标定系统进行转化，表示是空间坐标值。通过将多行数据拼成深度图，每行数据代表的精度不由3D线扫描相机内部标定系统决定，而是由上面的δ计算过程决定。

缺陷的宽度由y方向的a

z＝ky

通过使用3D深度图中a

其中，设在a

其中，y

计算满足方程

在

其中，M

得到最优解

其中，w表示缺陷的宽度，z′

这样就可以准确的得到缺陷的长度和宽度了。

S103，将缺陷区域分解为多个小矩形，利用曲线展开算法计算所有小矩形面积来求和得到缺陷区域的面积。

本实施例中，如图5所示，将缺陷区域沿x方向划分为多个矩形，利用上述的计算x方向长度和y方向长度的方法(即：曲线展开算法)，计算出划分得到的各个小矩形的面积，对所有小矩形的面积进行积分获得整个缺陷区域的面积S：

其中，ΔS

本发明实施例所述的棒材表面缺陷尺寸面积确定方法，利用3D线扫描相机和2D线阵相机采集待检测棒材的表面图像，在2D线阵相机采集的图像中检测出待检测棒材的表面缺陷；在3D线扫描相机得到的3D深度图中获取到缺陷所在位置曲线上的多点坐标信息，利用这些点拟合出曲线方程，对曲线做弧长积分得到实际的长度，实现曲线展开算法；将缺陷区域分解为多个小矩形，利用曲线展开算法计算所有小矩形面积来求和得到缺陷区域的面积。这样，将缺陷所在曲面展开为对应的平面，从而准确确定缺陷区域的面积，以解决现有技术存在的由于不能准确的将棒材曲面展开为对应平面导致对缺陷尺寸和面积计算不准确从而影响棒材产品的最终分级的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。