专利名称：带卷边部物体塔形检测系统及其检测方法
技术领域：
本发明属于视觉传感技术领域，涉及一种塔形检测系统，尤其涉及一种带卷边部物体塔形检测系统；同时，本发明还涉及上述带卷边部物体塔形检测系统的检测方法。
背景技术：
一些带卷(包括各种金属、塑料等)在清洗机列、气垫退火炉、轧机等的收卷装置中虽然有对边或对中装置，由于电气控制的模式或机械的伺服机构的滞后、带卷材料厚薄不匀等原因，会引起带卷边部的不整齐(即塔形度不好)。由于目前尚无对该类产品带卷边部的塔形进行量化的测量方法和工具，所以一般用肉眼观察的方法，这样只能定性估算，不利于对设备、产品、人员操作技术的考核。有鉴于此，本领域技术人员针对上述问题，提供了一种结构简单，运行方便，且成 本低廉的机器智能测量装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种带卷边部物体塔形检测系统，克服了现有技术的困难，实现了可以根据激光照射线的投影变化的数字图像来定量检测带卷的边部卷带时的质量。此外，本发明进一步提供上述带卷边部物体塔形检测系统的检测方法，克服了现有技术的困难，实现了可以根据激光照射线的投影变化的数字图像来定量检测带卷的边部卷带时的质量。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种带卷边部物体塔形检测系统，所述系统包括线性激光源，用以对物体带卷边部的表面照射，形成光斑点；图像获取单元，与所述线性激光源的位置相对固定；反射光经过该图像获取单元上的透镜在光敏探测器上产生像点，图像获取单元获取像点图像；图像处理单元，对所述图像获取单元获取的像点图像进行图像处理，截取像点图像中带卷边部区域的图像，对截取的图像进行处理，使得线性激光源照射的图像点为设定颜色，各个图像点组成一条像点曲线，其余区域的颜色与线性激光源照射的图像点的颜色不同；像点曲线转换单元，通过遍历整个图像获取的所有图像点中颜色为设定颜色图像点的方法，将图像中代表曲线的各个图像点的坐标位置统计出来；使用设定颜色图像点像素代表的曲线来计算拟合直线，并计算各图像点离该直线的距离；质量判断单元，用以根据所述像点曲线转换单元计算得到的各图像点离该直线的距离判断物体边部塔形质量是否合格。作为本发明的一种优选方案，所述质量判断单元的判断方法包括根据拍摄时附于卷带边上的有凹陷的标准件，其已知凹陷为N毫米，欲求的卷带的高低差设为M毫米；根据透镜的光路图中N毫米的物像在焦平面上形成η像素的镜像；所述光路图中，通过光心的光路不变，经过其他点的光经过焦点f汇聚2f焦平面成像；根据对顶角相同、余下的直角也相同得到一组相似三角形；有N/depth = n/2f成立；同理在同一图像中的卷带高低差M/depth = m/2f,即有N/n = M/m ;其中，depth为景深，f为焦距；M = N*m/n ；从而已知N毫米凹凸标准件以及由像点曲线转换单元中算出的η像素和m像素便可计算出带卷边部部位的M毫米；或者，所述质量判断单元的判断方法包括以现场测量卷带的半径作为基准来比 对，从而得出带卷边部部位的M毫米，此时拍摄角度保持为45°角，使横向与纵向的长度单位相同。作为本发明的一种优选方案，所述图像处理单元的图像处理步骤包括亮度转换步骤，获取各种合适的亮度、对比度、指数变换Gamma进行变换处理；灰度化步骤，彩色变黑白256色阶的灰度；二值化步骤，选取最佳的阈值，将图像变换成只有黑白2阶的图像；反相步骤，所有图像黑阶变为图像白阶，而图像白阶变为图像黑阶；形态学运算膨胀步骤，使图像曲线桥接；形态学运算腐蚀步骤，进行图像噪声滤波；拓扑结构细化处理步骤，即骨骼化使图像在Y坐标轴上取值唯一。作为本发明的一种优选方案，所述图像处理单元的图像处理步骤进一步包括顶帽变换步骤，顶帽top-hat是形态学中的重要变换；在图像拍摄条件差时，而事后又无法重拍，对图像进行校正不均匀的照明的一种方法；图像f的顶帽变换h定义为图像f与图像f开运算之差h = f-(foS)，foS是结构元素S对f进行开运算。作为本发明的一种优选方案，所述像点曲线转换单元遍历所有图像点并将黑色的图像点选出，并统计黑色图像点的X轴坐标位置、Y轴坐标位置；使用细化后的曲线进行最小二乘法来拟合直线，并计算各点离直线的距离和离散度，并用去除离直线最远的一个或设定多个图像点，重新用最小二乘法计算拟合直线，直至计算拟合直线的次数达到设定次数；以逐步逼近最优直线方程，精确计算各点离回归线的距离；并将计算得到的数据发送到电子表格中。作为本发明的一种优选方案，通过最小二乘法拟合直线的方法如下将实验离散的点找一条直线y = ο+a^ ；使该直线与试验点最近，即
权利要求
1.一种带卷边部物体塔形检测系统，其特征在于，所述系统包括 线性激光源,用以对物体带卷边部的表面照射,形成光斑点； 图像获取单元，与所述线性激光源的位置相对固定；反射光经过该图像获取单元上的透镜在光敏探测器上产生像点，图像获取单元获取像点图像； 图像处理单元，对所述图像获取单元获取的像点图像进行图像处理，截取像点图像中带卷边部区域的图像，对截取的图像进行处理，使得线性激光源照射的图像点为设定颜色，各个图像点组成一条像点曲线，图像的其余区域的颜色与线性激光源照射的图像点的颜色不同； 像点曲线转换单元，通过遍历整个图像获取的所有图像点中颜色为设定颜色图像点的方法，将图像中代表曲线的各个图像点的坐标位置统计出来；使用设定颜色图像点像素代表的曲线来计算拟合直线，并计算各图像点离该直线的距离； 质量判断单元，用以根据所述像点曲线转换单元计算得到的各图像点离该直线的距离判断物体边部塔形质量是否合格。
2.根据权利要求I所述的带卷边部塔形检测系统，其特征在于 所述质量判断单元的判断方法包括根据拍摄时附于卷带边上的有凹陷的标准件，其已知凹陷为N毫米，欲求的卷带的高低差设为M毫米；根据透镜的光路图中N毫米的物像在焦平面上形成η像素的镜像；所述光路图中，通过光心的光路不变，经过其他点的光经过焦点f汇聚2f焦平面成像； 根据对顶角相同、余下的直角也相同得到一组相似三角形；有N/depth = n/2f成立；同理在同一图像中的卷带高低差M/depth = m/2f,即有N/n = M/m ;其中，depth为景深，f为焦距；M = N*m/n ； 从而已知N毫米凹凸标准件以及由像点曲线转换单元中算出的η像素和m像素便可计算出带卷边部部位的M毫米； 或者，所述质量判断单元的判断方法包括以现场测量卷带的半径作为基准来比对，从而得出带卷边部部位的M毫米，此时拍摄角度保持为45 °角，使横向与纵向的长度单位相同。
3.根据权利要求I所述的带卷边部塔形检测系统，其特征在于 所述图像处理单元的图像处理步骤包括 亮度转换步骤，获取各种合适的亮度、对比度、指数变换Gamma进行变换处理； 灰度化步骤，彩色变黑白256色阶的灰度； 二值化步骤，选取最佳的阈值，将图像变换成只有黑白2阶的图像； 反相步骤，所有图像黑阶变为图像白阶，而图像白阶变为图像黑阶； 形态学运算膨胀步骤，使图像曲线桥接； 形态学运算腐蚀步骤，进行图像噪声滤波； 拓扑结构细化处理步骤，即骨骼化使图像在Y坐标轴上取值唯一。
4.根据权利要求3所述的带卷边部塔形检测系统，其特征在于 所述图像处理单元的图像处理步骤进一步包括顶帽变换步骤，顶帽top-hat是形态学中的重要变换；在图像拍摄条件差时，而事后又无法重拍，对图像进行校正不均匀的照明的一种方法；图像f的顶帽变换h定义为图像f与图像f开运算之差h = f-(foS)，foS是结构元素S对f进行开运算。
5.根据权利要求3所述的带卷边部塔形检测系统，其特征在于 所述像点曲线转换单元遍历所有图像点并将黑色的图像点选出，并统计黑色图像点的X轴坐标位置、Y轴坐标位置； 使用细化后的曲线进行最小二乘法来拟合直线，并计算各点离直线的距离和离散度，并用去除离直线最远的一个或设定多个图像点，重新用最小二乘法计算拟合直线，直至计算拟合直线的次数达到设定次数；以逐步逼近最优直线方程，精确计算各点离回归线的距离；并将计算得到的数据发送到电子表格中。
6.根据权利要求5所述的带卷边部塔形检测系统，其特征在于 通过最小二乘法拟合直线的方法如下 将实验离散的点找一条直线
7.根据权利要求I至6之一所述的带卷边部塔形检测系统，其特征在于 所述线性激光源为单直线型激光光源，垂直于物体带卷边部固定进行照射； 所述图像获取单元为数码相机或数码摄像机，进行拍摄时与被拍物体带卷边部的表面呈45°角斜向拍摄；
8.根据权利要求I至6之一所述的带卷边部塔形检测系统，其特征在于 所述图像获取单元在拍摄时，使用已知深度的标准件附在卷带边部，与物件一起拍摄，使用已知标准深度来算出转换图像点数与实际物件长度单位。
9.根据权利要求8所述的带卷边部塔形检测系统，其特征在于 在被拍摄物体的两端分别放置已知深度的标准件，与物件一起拍摄，使用已知标准深度来算出转换图像点数与实际物件长度单位；进行线性度的精度补偿。
10.根据权利要求I至6之一所述的带卷边部塔形检测系统，其特征在于线性激光源的发射角度与图像获取单元的拍摄角度是一个固定值； 当激光传感器与目标物体的距离发生变化时，光敏探测器上的像点位置也发生相应的变化，根据物像的三角形关系计算出高度的变化，即测量了高度的变化。
11.一种权利要求I所述带卷边部物体塔形检测系统的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括如下步骤 步骤SI、线性激光源对物体带卷边部的表面照射，形成光斑点； 步骤S2、图像获取单元与所述线性激光源的位置相对固定；反射光经过该图像获取单元上的透镜在光敏探测器上产生像点，图像获取单元获取像点图像； 步骤S3、图像处理单元对所述图像获取单元获取的像点图像进行图像处理，截取像点图像中带卷边部区域的图像，对截取的图像进行处理，使得线性激光源照射的图像点为设定颜色，各个图像点组成一条像点曲线，图像的其余区域的颜色与线性激光源照射的图像点的颜色不同； 步骤S4、像点曲线转换单元通过遍历整个图像获取的所有图像点中颜色为设定颜色图像点的方法，将图像中代表曲线的各个图像点的坐标位置统计出来；使用设定颜色图像点像素代表的曲线来计算拟合直线，并计算各图像点离该直线的距离； 步骤S5、质量判断单元根据所述像点曲线转换单元计算得到的各图像点离该直线的距离判断物体边部塔形质量是否合格。
12.根据权利要求11所述的检测方法，其特征在于 所述步骤S5中，质量判断单元的判断方法包括根据拍摄时附于卷带边上的有凹陷的标准件，其已知凹陷为N毫米，欲求的卷带的高低差设为M毫米；根据透镜的光路图中N毫米的物像在焦平面上形成η像素的镜像；所述光路图中，通过光心的光路不变，经过其他点的光经过焦点f汇聚2f焦平面成像； 根据对顶角相同、余下的直角也相同得到一组相似三角形；有N/depth = n/2f成立；同理在同一图像中的卷带高低差M/depth = m/2f,即有N/n = M/m ;其中，depth为景深，f为焦距；M = N*m/n ； 从而已知N毫米凹凸标准件以及由像点曲线转换单元中算出的η像素和m像素便可计算出带卷边部部位的M毫米； 或者，所述质量判断单元的判断方法包括以现场测量卷带的半径作为基准来比对，从而得出带卷边部部位的M毫米，此时拍摄角度保持为45°角，使横向与纵向的长度单位相同。
13.根据权利要求11所述的检测方法，其特征在于 所述步骤S3中，图像处理单元的图像处理步骤包括 亮度转换步骤，获取各种合适的亮度、对比度、指数变换Gamma进行变换处理； 灰度化步骤，彩色变黑白256色阶的灰度； 二值化步骤，选取最佳的阈值，将图像变换成只有黑白2阶的图像； 反相步骤，所有黑阶图像变为白阶图像，而白阶图像变为黑阶图像； 形态学运算膨胀步骤，使图像曲线桥接； 形态学运算腐蚀步骤，进行图像噪声滤波；拓扑结构细化处理步骤，即骨骼化使图像在Y坐标轴上取值唯一。
14.根据权利要求13所述的检测方法，其特征在于 所述步骤S4中，像点曲线转换单元遍历所有图像点并将黑色的图像点选出，并统计黑色图像点的X轴坐标位置、Y轴坐标位置； 使用细化后的曲线进行最小二乘法来拟合直线，并计算各点离直线的距离和离散度，并用去除离直线最远的一个或设定多个图像点，重新用最小二乘法计算拟合直线，直至计算拟合直线的次数达到设定次数；以逐步逼近最优直线方程，精确计算各点离回归线的距离；并将计算得到的数据发送到电子表格中。
15.根据权利要求14所述的检测方法，其特征在于 所述步骤S4中，通过最小二乘法拟合直线的方法如下 将实验离散的点找一条直线
16.根据权利要求11所述的检测方法，其特征在于 所述线性激光源为单直线型激光光源，垂直于物体带卷边部固定进行照射； 所述图像获取单元为数码相机或数码摄像机，进行拍摄时与被拍物体带卷边部的表面呈45°角斜向拍摄；
17.根据权利要求11所述的检测方法，其特征在于 所述图像获取单元在拍摄时，使用已知深度的标准件附在卷带边与物件一起拍摄，使用已知标准深度来算出转换图像点数与实际物件长度单位。
18.根据权利要求11所述的检测方法，其特征在于 在被拍摄物体的两端分别放置已知深度的标准件，与物件一起拍摄，使用已知标准深度来算出转换图像点数与实际物件长度单位；进行线性度的精度补偿。
19.根据权利要求11所述的检测方法，其特征在于 线性激光源的发射角度与图像获取单元的拍摄角度是一个固定值；当激光传感器与目标物体的距离发生变化时，光敏探测器上的像点位置也发生相应的变化，根据物像的三角形关系计算出高度的变化，即测量了高度的变化。
20.一种带卷边部物体塔形检测系统，其特征在于，所述系统包括 线性激光源,用以对物体带卷边部的表面照射,形成光斑点； 图像获取单元，与所述线性激光源的位置相对固定；反射光经过该图像获取单元上的透镜在光敏探测器上产生像点，图像获取单元获取像点图像； 图像处理单元，对所述图像获取单元获取的像点图像进行图像处理，截取像点图像中带卷边部区域的图像，对截取的图像进行处理，使得线性激光源照射的图像点为黑色，各个图像点组成一条像点曲线，其余区域不是黑色； 像点曲线转换单元，通过遍历整个图像获取的所有图像中黑点的方法，将图像中代表曲线的各个黑点的坐标位置统计出来；使用黑点像素代表的曲线来计算拟合直线，并计算各图像点离该直线的距离； 质量判断单元，用以根据所述像点曲线转换单元计算得到的各图像点离该直线的距离判断物体边部塔形质量是否合格。
全文摘要
本发明揭示了一种带卷边部物体塔形检测系统及其检测方法，所述系统包括线性激光源、图像获取单元、图像处理单元、像点曲线转换单元、质量判断单元。线性激光源用以对物体带卷边部的表面照射，形成光斑点；图像获取单元与所述线性激光源的位置相对固定；图像处理单元对所述图像获取单元获取的像点图像进行图像处理；像点曲线转换单元通过遍历获取的所有图像点的方法统计各图像点的坐标位置，使用像点曲线来计算拟合直线；质量判断单元根据所述像点曲线转换单元计算得到的各图像点离该直线的距离判断物体边部塔形质量是否合格。本发明可以根据激光照射线的投影变化的数字图像来定量检测带卷的边部卷带时的质量。
文档编号G01B11/30GK102889864SQ20111020155
公开日2013年1月23日 申请日期2011年7月19日 优先权日2011年7月19日
发明者王建国, 姬海燕 申请人:中铝上海铜业有限公司