物体厚度变化的线扫描相机成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种机器视觉检测和测量领域，尤其涉及一种物体厚度变化的线扫描 相机成像方法。
【背景技术】
[0002] 基于CCD成像的机器视觉检测和测量技术W图像为检测媒介，具有检测速度快、 精度高、检测标准一致性好等优点，广泛地应用于社会化大生产过程中。其中，基于线扫描 相机的带材表面质量在线检测技术，保存表面缺陷的直观图像结果，能够生成文本化和定 量化的质量报告，已成为了质量控制的重要辅助手段。
[0003] 在带钢生产行业，机器视觉表面质量检测系统同样得到了广泛的应用，充分体现 了该技术适应高速检测、检测性能稳定、可靠地优点，能够代替操作者工作在恶劣环境下。 在带钢厚板表面检测过程中，板材的厚度变化很大（50-450mm)，该变化远远超过了相机成 像的景深，表面有效成像需要成像部件(光源1、相机2)整体位置变化，W适应厚板带钢高 度的变化，如附图1所示。成像部件的移动要确保检测光路不变，则需要整体移动成像的光 源1和相机2,应用过程中频繁和微量的移动使系统设计变得复杂，设备磨损也会降低系统 的成像精度。
[0004] 经专利文献检索，涉及线扫描相机成像及相机标定的专利较多，但是具体到成像 距离变化调整成像的专利很少。中国专利200710046375. 1公开了一种带钢随动成像视 觉检测方法，该方法是一种在带钢卷曲位随卷径增大过程中同步调整光源和相机成像的方 法，该方法需要同时移动相机和光源，并且需要监控带卷的直径变化，该方法结构复杂。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种物体厚度变化的线扫描相机成像方法，该方法在有限 调整成像部件的条件下，实现对可变高度物体的图像采集过程，经过成像部件的调整，可W 不改变成像光路和成像分辨率有效成像。
[0006] 为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案： 一种物体厚度变化的线扫描相机成像方法，将相机和光源W设定的角度构成检测系统 成像光路，在被成像物体光线的反射光路上配置平面镜组，光线从光源发出，经过成像表面 反射后，再经平面镜组后进入相机成像；所述平面镜组包括第一平面镜和第二平面镜，第一 平面镜和第二平面镜反射面相对且平行，第一平面镜和第二平面镜分别W过宽度中点的长 度方向旋转轴转动，并且第一平面镜和第二平面镜之间的距离能调节； 当被成像物体表面高度变化时，通过调整平面镜组之间的距离和角度，维持原成像光 源和相机位置不变的情况，仍然可W有效成像。
[0007]所述检测系统成像光路中，设；光源入射角为公，光线经物体反射角为a，当被拍 摄物体厚度变化H'时，会导致相机成像光程变化1'，位置发生偏移d'根据给定的检测 光路入射角和反射角，其计算式为： (1) 式中；r--相机成像光程变化；d'--位置发生偏移； 公…光源入射角；a--光线反射角； H'--被拍摄物体厚度变化； 为确保成像效果和参数不变，需调整反射镜组来补偿成像位置的高度变化和横向偏移 量；设第二平面镜更接近相机，第二平面镜宽度中也0点位置固定，调整过0点的长度方向 的轴线旋转，其旋转角度为0，定义旋转角度0为镜面与水平方向的夹角；第一平面镜的 位置通过其宽度中点〇'确定，具体通过相对0点高度H和横向偏移D来定位，第一平面镜 旋转角度也为0;
(2) 其中向片客进+岛 (3) 式中；r--相机成像光程变化；d'--位置发生偏移； a-光线反射角； 0-第一、第二平面镜镜面与水平方向的夹角； H--第一平面镜宽度中点0'与第二平面镜宽度中点0垂直高度； D--第一平面镜宽度中点〇'与第二平面镜宽度中点0横向距离； 其中；r、d'由公式（1)得到，光线反射角a为已知，从而可通过公式（2)和（3)计 算得到H、0和D。
[0008] 所述第二平面镜旋转角度0值；90° _ 0〉- (90°+C)。
[0009] 所述第一平面镜和第二平面镜为长条状。
[0010] 本发明的线扫描相机成像方法在有限调整成像部件的条件下，实现对可变高度物 体的图像采集过程，经过成像部件的调整，可W不改变成像光路和成像分辨率有效成像。从 而克服了当被拍摄物体成像距离变化较大、超过镜头景深时需要精确调整相机和光源位置 的不足，增加检测系统中图像采集模块的适用性。
[0011] 本发明的成像方法是具体提出一种通过旋转并调整一组平面镜组的镜面反射改 变光程的方法，实现被成像物体表面高度变化时，在不改变光源位置，仅通过调整可变部件 实现检测光路不变、等分辨率成像。
[0012] 本发明的成像方法可应用于钢铁厚板等厚度变化较大的表面检测系统中。厚板 表面缺陷检测系统需要考虑温度防护的同时，需要考虑板带厚度变化对成像效果的影响， 为了保证成像效果的清晰度和分辨率的稳定性，就需要调整成像部件的高度。本发明通过 调整一组光线转折装置，实现对检测光路的调整和控制，达到图像采集关键部件(相机和光 源）位置不变却可W适应厚板厚度变化的成像效果。随着基于机器视觉带钢表面质量在线 检测技术的推广和普及应用，本发明具有广泛的市场应用前景。
[0013] 本发明的成像方法可应用于钢铁板逐、铜带等厚度变化较大的表面检测系统中。
【附图说明】
[0014] 图1为成像模块高度随物体厚度变化示意图； 图2为本发明的光程可变反射镜组示意图； 图3为本发明的反射镜组位置关系示意图； 图4为本发明的成像高度变化时调整反射镜组距离和角度示意图； 图5为本发明的相机成像光线垂直被拍摄物体表面时反射镜组距离和角度示意图。
[0015] 图中；1光源，2相机，3成像表面，4第一平面镜，5第二平面镜，11第一平面镜光线 入射方向与竖直方向夹角，12第一平面镜光线出射方向与竖直方向夹角，13第一平面镜和 第二平面镜与水平方向夹角，14第一平面镜和第二平面镜的法线方向与竖直方向夹角，15 第二平面镜光线出射方向与竖直方向夹角。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0017] 一种物体厚度变化的线扫描相机成像方法，将相机2和光源1W设定的角度构成 检测系统成像光路，在被成像物体光线的反射光路上配置平面镜组，光线从光源1发出，经 过成像表面3反射后，再经平面镜组4、5后进入相机2成像；所述平面镜组包括第一平面 镜4和第二平面镜5,第一平面镜4和第二平面镜5反射面相对且平行，第一平面镜4和第 二平面镜5为长条状，第一平面镜4和第二平面镜5分别W过宽度中点的长度方向旋转轴 转动，并且第一平面镜4和第二平面镜5之间的距离能调节。当被成像物体表面高度变化 时，通过调整平面镜组之间的距离和角度，维持原成像光源和相机位置不变的情况，仍然可 W有效成像，参见图4。具体如下： 如图3所示，该组平面镜为第一平面镜4和第二平面镜5,第一平面镜4和第二平面镜 5反射面相对且平行，第一平面镜4和第二平面镜5为长条状，宽度为20-100mm，长度根据 具体的应用来确定，与相机2成像组合视野相当，第一平面镜4和第二平面镜5可W分别W 过宽度中点的长度方向旋转轴转动，即，旋转轴设置于镜面长度方向上，旋转轴W宽度中点 转动，旋转角