电缆绝缘和电缆护套几何尺寸测量的标定校准方法及系统与流程

本发明涉及电缆绝缘和电缆护套的几何尺寸图像测量技术领域，特别是涉及电缆绝缘和电缆护套几何尺寸测量的标定校准方法及系统。

背景技术：

在电线电缆行业里，电缆绝缘和护套的几何尺寸是影响电缆整体性能的重要因素。在对电缆绝缘和护套的几何参数的测量方法中，根据对测试结果准确性要求的不同，通常可选择采用游标卡尺、显微镜、投影仪或光学成像的方法进行测量。其中，光学成像的测量准确性及测量精度总体较好。在光学成像测量方法中，通常采用电缆绝缘和护套的切片作为测量样片，样片表面通过光学系统成像到计算机，结合图像处理的方法，能快速、方便、直观地获取所需的绝缘层或护套层的几何尺寸。

在此成像过程中，通常采用一台相机对待测样品进行成像，获取像素图像。通过对像素图像物理长度单位像素物理长度的标度，得到采集图像中待测样品的物理尺寸，随后再进行厚度及外径等参数的计算。

现有技术中，成像的感光元件主要有ccd和cmos，在测量标定中，仅进行了图像像素物理尺寸的标定，但未考虑相机本身的畸变标定。而在实际的相机模型中，由于光学透镜的内部几何和光学特性，成像存在着径向畸变；由于摄像机制造上的缺陷使得透镜本身与成像平面不平行，成像存在着切向畸变。在大尺寸电缆绝缘和护套几何尺寸图像测量中，在待测件外径大于100mm时，径向畸变的表现就会比较突出，此时在测量过程中，就需要综合考虑相机的畸变标定和图像单位校准。另外，对于大尺寸绝缘和护套的几何尺寸测量，传统方法也有采用投影仪人工读数的测量方法。然而，投影仪成像也存在着畸变，且经过人工读数方式测量后，结果仍然存在较大误差。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供电缆绝缘和电缆护套几何尺寸测量的标定校准方法及系统，用于解决现有技术中电缆绝缘和电缆护套的采样图像校准准确性较低的技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电缆绝缘和电缆护套几何尺寸测量的标定校准方法，包括：获取对包含电缆绝缘和电缆护套的校准件进行拍摄而形成的采样图像；对所述采样图像依次进行相机畸变矫正、图像单位横纵向预校准、及图像单位径向校准；将图像单位径向校准系数与图像单位横向预校准系数的乘积作为所述采样图像的横向校准系数，将图像单位径向校准系数与图像单位纵向预校准系数的乘积作为所述采样图像的纵向校准系数；根据所述采样图像的横向校准系数及纵向校准系数校准所述采样图像。

于本发明一实施例中，所述相机畸变矫正的步骤具体采用opencv中的相机畸变标定工具来实现。

于本发明一实施例中，所述图像单位横纵向预校准的步骤具体包括：提取标准棋盘格图像的各角点；分别对横向的各角点、纵向的各角点进行直线拟合；分别计算各横向直线间的平均间距、各纵向直线间的平均间距；根据所述标准棋盘格图像的单位精度及所述各横向直线间的平均间距计算所述图像单位纵向校准系数，且根据所述标准棋盘格图像的单位精度及所述各纵向直线间的平均间距计算所述图像单位横向校准系数。

于本发明一实施例中，所述图像单位径向校准的步骤具体包括：获取标准圆环件的图像，并对其进行校准；计算校准后的标准圆环件图像的圆外径平均值；根据所述标准圆环件的物理外径与所述圆外径平均值的比值计算所述图像单位径向校准系数。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电缆绝缘和电缆护套几何尺寸测量的标定校准系统，包括：通信模块，用于获取对包含电缆绝缘和电缆护套的校准件进行拍摄而形成的采样图像；处理模块，用于对所述采样图像依次进行相机畸变矫正、图像单位横纵向预校准、及图像单位径向校准；将图像单位径向校准系数与图像单位横向预校准系数的乘积作为所述采样图像的横向校准系数，将图像单位径向校准系数与图像单位纵向预校准系数的乘积作为所述采样图像的纵向校准系数；根据所述采样图像的横向校准系数及纵向校准系数校准所述采样图像。

于本发明一实施例中，所述相机畸变矫正的实现方式具体采用opencv中的相机畸变标定工具来实现。

于本发明一实施例中，所述图像单位横纵向预校准的实现方式具体包括：提取标准棋盘格图像的各角点；分别对横向的各角点、纵向的各角点进行直线拟合；分别计算各横向直线间的平均间距、各纵向直线间的平均间距；根据所述标准棋盘格图像的单位精度及所述各横向直线间的平均间距计算所述图像单位纵向校准系数，且根据所述标准棋盘格图像的单位精度及所述各纵向直线间的平均间距计算所述图像单位横向校准系数。

于本发明一实施例中，所述图像单位径向校准的实现方式具体包括：获取标准圆环件的图像，并对其进行校准；计算校准后的标准圆环件图像的圆外径平均值；根据所述标准圆环件的物理外径与所述圆外径平均值的比值计算所述图像单位径向校准系数。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种存储介质，其中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器加载执行时，实现如上任一所述的电缆绝缘和电缆护套几何尺寸测量的标定校准方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电子设备，包括：处理器、及存储器；其中，所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于加载执行所述计算机程序，以使所述电子设备执行如上任一所述的电缆绝缘和电缆护套几何尺寸测量的标定校准方法。

如上所述，本发明的电缆绝缘和电缆护套几何尺寸测量的标定校准方法及系统，获取对包含电缆绝缘和电缆护套的校准件进行拍摄而形成的采样图像；对所述采样图像依次进行相机畸变矫正、图像单位横纵向预校准、及图像单位径向校准；将图像单位径向校准系数与图像单位横向预校准系数的乘积作为所述采样图像的横向校准系数，将图像单位径向校准系数与图像单位纵向预校准系数的乘积作为所述采样图像的纵向校准系数；根据所述采样图像的横向校准系数及纵向校准系数校准所述采样图像。经本发明校准后的采样图像，更准确地表征了实际样品，从而有助于提高电缆绝缘和电缆护套几何尺寸测量的准确性。

附图说明

图1显示为本发明一实施例中的电缆绝缘和电缆护套几何尺寸测量的标定校准方法的示意图。

图2显示为本发明一实施例中的黑白棋盘格的示意图。

图3显示为本发明一实施例中的标准圆环件的示意图。

图4显示为本发明一实施例中的电缆绝缘和电缆护套几何尺寸测量的标定校准系统的示意图。

图5显示为本发明一实施例中的电子设备的结构示意图。

元件标号说明

s11～s15步骤

40电缆绝缘和电缆护套几何尺寸测量的标定校准系统

41通信模块

42处理模块

51总线

52存储器

53处理器

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

参见图1，图1展示了本实施例提出的一种电缆绝缘和电缆护套的几何尺寸测量的标定校准方法，该方法由台式机、笔记本电脑、平板电脑、智能手机等电子设备负责执行。本实施例的方法包括以下步骤：

s11：获取对包含电缆绝缘和电缆护套的校准件进行拍摄而形成的采样图像。

所述采样图像为包含电缆绝缘和电缆护套的校准件的图像，其可由ccd相机或cmos相机拍摄生成，其中，所述电缆绝缘是指电缆中导体的绝缘保护套，而所述电缆护套是指整个电缆的外保护套。

s12：对所述采样图像进行相机畸变矫正。

理想相机模型为线性模型，实际相机模型为非线性模型。在实际的相机成像模型中，由于光学透镜的内部几何和光学特性，成像存在着径向畸变；由于摄像机制造上的缺陷使得透镜本身与成像平面不平行，成像存在着切向畸变。摄像机标定是确定摄像机内部参数或外部参数的过程。内部参数是指摄像机内部几何和光学特性，摄像机外部参数是指从世界坐标系到摄像机坐标系的平移向量和旋转矩阵。在本实施例中，步骤s12采用opencv自带的相机畸变标定工具，计算出径向畸变参数与切向畸变参数，例如：采用20张40*40的不同位置及角度的黑白棋盘格图片计算角点，黑白棋盘格单位精度取3.000mm。

s13：对相机畸变矫正的图像进行图像单位横纵向预校准。

于本实施例中，对矫正过相机畸变的采样图像再利用黑白棋盘格标准件进行图像单位横纵向预校准。参见图2，详细而言，黑白棋盘格标准件在成像时需放正，在成像后从中提取各个角点，如标记m所示。对横向的角点进行直线拟合，计算各条直线之间的间距d1，并取各个d1的平均值，即可得黑白棋盘格在纵向的两角点间的，进一步计算步骤s12中定义的黑白棋盘格单位精度与像素值δy的比值，得dy＝3.000/δy，单位为mm/pixel，此dy即为所述采样图像的图像单位纵向校准系数，又称为纵向物理单位预校准系数，表示单位像素所代表的物理长度。同理，对纵向的角点进行直线拟合，计算各条直线之间的间距d2，并取各个d2的平均值，即可得黑白棋盘格在横向的两角点间的像素值δx，进一步计算步骤s12中定义的黑白棋盘格单位精度与像素值δx的比值，得dx＝3.000/δx，单位为mm/pixel，此dx即为所述采样图像的图像单位横向校准系数，又称为横向物理单位预校准系数，表示单位像素所代表的物理长度。dx/dy则为图像横纵向比例系数。

s14：对图像单位横纵向预校准的图像进行图像单位径向校准。

于本实施例中，由于电缆绝缘、电缆护套的外形形状多为圆形，所以选择标准圆环件进行图像单位径向校准。所谓的标准圆环件是指在图像物理像素标定中进行像素图像中单位像素(单位为pixel)与单位物理长度(单位为mm)间的标定所采用的光学器件。参见图3，详细而言，调整视场光源到合适的亮度，对标准圆环件进行成像，标准圆环件的成像视场的最大外径为dmax，最小外径为dmax/4。设计标准圆环件有3个圆，圆直径分别为dmax、dmax/2、dmax/4，则可校准视场可测样品范围内所有尺寸的校准。在对标准圆环件图像进行相机畸变矫正、图像单位横纵预校准后，进行圆外径的计算，包括：取最大的一个圆的外径平均值δd(圆外径最大值与最小值的平均值)，单位为mm，计算δd＝(δdmax+δdmin)/2。随后，记δd＝所述标准圆环件的物理外径/δd，δd为图像径向的校准系数，是无单位量纲，又称为图像单位径向校准系数。此步骤中，光源亮度为实际样品测量中光源亮度的参考值，取图像上非测试件区域的灰度值进行量化。在实际测量中，为了确保测试的准确性，推荐图片非样品区域的灰度值为：参考值±10。

s15：计算所述采样图像的真实图像单位校准系数。

具体包括：将图像单位径向校准系数δd与图像单位横向预校准系数dx的乘积δd*dx作为所述采样图像的横向校准系数，以及，将图像单位径向校准系数δd与图像单位纵向预校准系数dy的乘积δd*dy作为所述采样图像的纵向校准系数。所述采样图像的横向校准系数δd*dx及纵向校准系数δd*dy是对电缆绝缘和电缆护套的图像进行采样后、且计算电缆绝缘和电缆护套的几何尺寸前应当使用的真实图像横纵向校准系数。

实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。基于这样的理解，本发明还提供一种计算机程序产品，包括一个或多个计算机指令。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(如：软盘、硬盘、磁带)、光介质(如：dvd)、或者半导体介质(如：固态硬盘solidstatedisk(ssd))等。

参阅图4，本实施例提供一种电缆绝缘和电缆护套几何尺寸测量的标定校准系统40，作为一款软件搭载于电子设备中，以在运行时执行前述方法实施例所述的电缆绝缘和电缆护套几何尺寸测量的标定校准方法。由于本系统实施例的技术原理与前述方法实施例的技术原理相似，因而不再对同样的技术细节做重复性赘述。

本实施例的电缆绝缘和电缆护套几何尺寸测量的标定校准系统40具体包括：通信模块41、处理模块42。通信模块41用于执行前述方法实施例介绍的步骤s11，处理模块42用于执行前述方法实施例介绍的步骤s22～s25。

本领域技术人员应当理解，图4实施例中的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个或多个物理实体上。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现，也可以全部以硬件的形式实现，还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，处理模块42可以为单独设立的处理元件，也可以集成在某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于存储器中，由某一个处理元件调用并执行处理模块42的功能。其它模块的实现与之类似。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

参阅图5，本实施例提供一种电子设备，电子设备可以台式机、便携式电脑、智能手机等设备。详细的，电子设备至少包括通过总线51连接的：存储器52、处理器53，其中，存储器52用于存储计算机程序，处理器53用于执行存储器52存储的计算机程序，以执行前述方法实施例中的全部或部分步骤。

上述提到的系统总线可以是外设部件互连标准(peripheralpomponentinterconnect，简称pci)总线或扩展工业标准结构(extendedindustrystandardarchitecture，简称eisa)总线等。该系统总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。通信接口用于实现数据库访问装置与其他设备(例如客户端、读写库和只读库)之间的通信。存储器可能包含随机存取存储器(randomaccessmemory，简称ram)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field－programmablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

综上所述，本发明的电缆绝缘和电缆护套几何尺寸测量的标定校准方法及系统，综合考虑了相机畸变、成像结构、实际样品的特点，解决了以往电缆绝缘和电缆护套的几何尺寸测量中成像畸变及校准不准确等问题，此外本发明也可用于基于投影仪成像的电缆绝缘和电缆护套的采样图像的预处理。经过本发明标定校准后的电缆绝缘和电缆护套的几何尺寸，更准确地表征了实际样品，从而有助于提高电缆绝缘和电缆护套的测量准确性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。