一种铸坯厚度自适应在线图像采集方法与流程

本发明涉及机器视觉无损检测领域，特别是指一种铸坯厚度自适应在线图像采集方法。

背景技术：

铸坯的温度很高，难以实现人工在线进行缺陷检测，基于机器视觉的铸坯表面缺陷在线检测系统在各大钢厂的生产线上得到了广泛使用，对保证铸坯表面质量发挥了重要作用，但有的生产线上存在铸坯的厚度变化很大的情况，上表面的相机需要频繁动态调整相机的位置来获取到清晰的铸坯图像，而铸坯生产线环境比较恶劣，粉尘多，温度高，相机自动调节机构在长时间使用后会出现无法调整到位或无法工作的情况，导致相机自动调节机构精度下降、失效和稳定性差，进而导致采集图像不清晰，从而影响到后续图像的缺陷识别定位工作。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种铸坯厚度自适应在线图像采集方法，以解决现有技术所存在的需要频繁动态调整相机的位置来获取清晰的铸坯图像，导致相机自动调节机构精度下降、失效和稳定性差的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种铸坯厚度自适应在线图像采集方法，包括：

根据铸坯厚度的变化范围及相机成像景深特点，确定需要配置的线阵相机的组数n；

当待检测的铸坯经过激光测距仪位置时，在铸坯侧边垂直安装的n个激光测距传感器进行铸坯厚度检测；

plc设备根据检测结果，确定检测到铸坯的激光测距传感器集合，确定集合中安装位置最高的激光测距传感器对应的线阵相机组，并控制接通该线阵相机组的外触发信号，以便该线阵相机组进行铸坯图像采集。

进一步地，所述根据铸坯厚度的变化范围及相机成像景深特点，确定需要配置的线阵相机的组数包括：

根据铸坯厚度的变化范围及相机成像景深特点，得到n个能够清晰成像的离散区间，其中，n值为需要配置的线阵相机的组数。

进一步地，铸坯厚度的变化范围表示为：

δt＝t2-t1

其中，δt表示铸坯厚度的变化范围，t2、t1分别表示铸坯的最大厚度、最小厚度。

进一步地，景深的计算公式为：

δl＝(2f²fδl²)/(f⁴-f²δ²l²)

其中，δl表示景深，δ表示允许的弥散圆直径，f表示镜头的焦距，f表示镜头光圈，l表示物距。

进一步地，n值需满足的条件为：

(ln+0.5×δln)＞(ln-1-0.5×δln-1)

其中，n值表示需要配置n组线阵相机，δt表示铸坯厚度的变化范围，δln、δln-1分别表示第n组线阵相机、第n-1组线阵相机的景深，ln、ln-1分别表示第n组线阵相机、第n-1组线阵相机的物距。

进一步地，所述外触发信号为差分信号；

所述当待检测的铸坯经过激光测距仪位置时，在铸坯侧边垂直安装的n个激光测距传感器进行铸坯厚度检测包括：

当待检测的铸坯经过激光测距仪位置时，在铸坯侧边垂直安装的n个激光测距传感器进行铸坯厚度检测；

根据计算得到的n组线阵相机，在运动中的铸坯经过激光测距仪位置时，差分信号发生器从辊道编码器处获取带动铸坯运动的辊道的转速信息，并对获取的转速信息进行处理，得到供n组线阵相机进行铸坯图像采集的n路差分信号及供频闪led光源进行频闪照明的1路差分信号；

其中，供给线阵相机组的n路差分信号通过plc设备相应的继电器模块连接到相应的线阵相机组上，以触发相应的线阵相机组进行铸坯图像采集。

进一步地，激光测距传感器的检测结果表示为：

其中，di为第i个激光测距传感器的检测结果；∞表明第i个激光测距传感器没有检测到铸坯；limit为有限的距离值，表明第i个激光测距传感器有检测到铸坯。

进一步地，激光测距传感器按距离地面的距离从小到大按顺序进行编号，越大的编号表示距离地面越远；

确定的检测到铸坯的激光测距传感器集合a表示为：a＝{j|0<j<＝n,dj＝limit}，则plc设备需要控制组号为index的继电器模块去接通组号为index的线阵相机组的外触发信号，以便组号为index的线阵相机组进行图像采集；其中index＝max(a)，dj表示第j个激光测距传感器有检测到铸坯。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，根据铸坯厚度的变化范围及相机成像景深特点，确定需要配置的线阵相机的组数n，这样，利用多组线阵相机景深设计，能够获得n个可以清晰成像的离散区域，避免需要频繁移动线阵相机来获取清晰的铸坯图像；当待检测的铸坯经过激光测距仪位置时，在铸坯侧边垂直安装的n个激光测距传感器进行铸坯厚度检测；plc设备根据检测结果，确定检测到铸坯的激光测距传感器集合，确定集合中安装位置最高的激光测距传感器对应的线阵相机组，并控制接通该线阵相机组的外触发信号，以便该线阵相机组进行铸坯图像采集；这样，plc设备能够针对不同厚度的铸坯控制相应的线阵相机组进行铸坯图像采集，从而实现铸坯厚度自适应在线图像采集，且在同一时刻只有一组线阵相机处于采集状态。

附图说明

图1为本发明实施例提供的铸坯厚度自适应在线图像采集方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的铸坯厚度自适应在线图像采集方法涉及的设备连接示意图；

图3为本发明实施例提供的各组线阵相机采集景深示意图；

图4为本发明实施例提供的激光测距传感器工作原理示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的需要频繁动态调整相机的位置来获取清晰的铸坯图像，导致相机自动调节机构精度下降、失效和稳定性差的问题，提供一种铸坯厚度自适应在线图像采集方法。

如图1所示，本发明实施例提供的铸坯厚度自适应在线图像采集方法，包括：

s101，根据铸坯厚度的变化范围及相机成像景深特点，确定需要配置的线阵相机的组数n；

s102，当待检测的铸坯经过激光测距仪位置时，在铸坯侧边垂直安装的n个激光测距传感器进行铸坯厚度检测；

s103，plc(programmablelogiccontrolle，可编程逻辑控制器)设备根据检测结果，确定检测到铸坯的激光测距传感器集合，确定集合中安装位置最高的激光测距传感器对应的线阵相机组，并控制接通该线阵相机组的外触发信号，以便该线阵相机组进行铸坯图像采集。

本发明实施例所述的铸坯厚度自适应在线图像采集方法，根据铸坯厚度的变化范围及相机成像景深特点，确定需要配置的线阵相机的组数n，这样，利用多组线阵相机景深设计，能够获得n个可以清晰成像的离散区域，避免需要频繁移动线阵相机来获取清晰的铸坯图像；当待检测的铸坯经过激光测距仪位置时，在铸坯侧边垂直安装的n个激光测距传感器进行铸坯厚度检测；plc设备根据检测结果，确定检测到铸坯的激光测距传感器集合，确定集合中安装位置最高的激光测距传感器对应的线阵相机组，并控制接通该线阵相机组的外触发信号，以便该线阵相机组进行铸坯图像采集；这样，plc设备能够针对不同厚度的铸坯控制相应的线阵相机组进行铸坯图像采集，从而实现铸坯厚度自适应在线图像采集，且在同一时刻只有一组线阵相机处于采集状态。

为了实现本发明实施例提供的铸坯厚度自适应在线图像采集方法，需要以下设备：多组不同位置线阵相机和频闪led(lightemittingdiode，发光二极管)光源(例如，窄带单色频闪led光源)、差分信号发生器(例如，多路差分信号发生器)、激光测距传感器、plc设备(plc设备包括：继电器模块)、辊道编码器(辊道编码器是辊道上的编码器的简称)。

在前述铸坯厚度自适应在线图像采集方法的具体实施方式中，进一步地，所述根据铸坯厚度的变化范围及相机成像景深特点，确定需要配置的线阵相机的组数包括：

根据铸坯厚度的变化范围及相机成像景深特点，得到n个能够清晰成像的离散区间，其中，n值为需要配置的线阵相机的组数。

本实施例中，铸坯厚度的变换主要是影响了相机镜头成像的物距，根据相机成像公式：

其中，f表示镜头焦距，v表示像距离，u表示物距离，

铸坯厚度变换影响的就是物距，所以只有单组线阵相机的情况理论上只有焦平面是清楚的，焦平面上弥散圆为0，但考虑到人眼感知误差，弥撒圆允许有一定直径范围，这就表示了单组镜头的物距允许有一定变化范围，这个变化范围就是景深。

在前述铸坯厚度自适应在线图像采集方法的具体实施方式中，进一步地，铸坯厚度的变化范围表示为：

δt＝t2-t1

其中，δt表示铸坯厚度的变化范围，t2、t1分别表示铸坯的最大厚度、最小厚度。

利用多组线阵相机景深设计，能够获得n个可以清晰成像的离散区域，其中，景深的计算公式为：

δl＝(2f²fδl²)/(f⁴-f²δ²l²)

其中，δl表示景深，δ表示允许的弥散圆直径，f表示镜头的焦距，f表示镜头光圈，l表示物距。

本实施例中，从景深的公式可以看出，景深值和焦距f，光圈f和物距都存在关系，所以n值不是一个唯一的数值，可以根据成像公式通过铸坯的最小厚度t1，结合选择的相机镜头f1，确定最小的物距l1和景深δl1,下一组线阵相机位置的确定可以通过选择合适的焦距f2以保证这组相机的物距l2和景深δl2满足下面关系:

(l2+0.5×δl2)＞(l1-0.5×δl1)

一般认为第n-1组线阵相机和第n组线阵相机需满足如下的第一关系:

(ln+0.5×δln)＞(ln-1-0.5×δln-1)

其中，δln、δln-1分别表示第n组线阵相机、第n-1组线阵相机的景深，ln、ln-1分别表示第n组线阵相机、第n-1组线阵相机的物距。

进一步地，铸坯厚度的变化范围、景深与需要配置的线阵相机的组数还需满足如下的第二关系：

其中，n值表示需要配置n组线阵相机，δt表示铸坯厚度的变化范围。

本实施例中，n值需要同时满足上面的第一关系和第二关系，所以满足条件的n值会有多个，一般选择最小的一个n值即可。

本实施例中，根据计算得到得n值配置n组线阵相机进行铸坯图像采集，当n＝2时，涉及的设备的连接示意图如图2、3所示。

在前述铸坯厚度自适应在线图像采集方法的具体实施方式中，进一步地，所述外触发信号为差分信号；

所述当待检测的铸坯经过激光测距仪位置时，在铸坯侧边垂直安装的n个激光测距传感器进行铸坯厚度检测包括：

当待检测的铸坯经过激光测距仪位置时，在铸坯侧边垂直安装的n个激光测距传感器进行铸坯厚度检测；

根据计算得到的n组线阵相机，为保证开始进入相机图像采集区域时能够选择正确的线阵相机组进行采集，激光测距传感器建议安装在比线阵相机位置靠前200mm左右的位置，这样在运动中的铸坯即将进入图像采集区域时(也就是经过激光测距仪位置时)，差分信号发生器从辊道编码器处获取带动铸坯运动的辊道的转速信息，并对获取的转速信息进行处理，得到供n组线阵相机进行铸坯图像采集的n路差分信号及供频闪led光源进行频闪照明的1路差分信号，使用频闪可以保证同样功率下的光源有更高亮度，使得相机光圈尽可能小，提升景深的数值，减少所需相机组数n；

其中，供给线阵相机组的n路差分信号通过plc设备相应的继电器模块连接到相应的线阵相机组上，以触发相应的线阵相机组进行铸坯图像采集。

本实施例中，使用辊道上的编码器结合差分信号发生器提供线阵相机组和频闪led光源的外触发信号。

本实施例中，运动中的铸坯即将进入图像采集区域时，安装在辊道上的编码器发送外触发信号，频闪led光源开始频闪照明，但所有的线阵相机组外触发信号处于断开状态，其是否接通，取决于s103。

本实施例中，每路差分信号通过plc设备相应的继电器模块进行控制接通与关闭，其中，设tri为第i个继电器模块的触点状态，该触点控制第i组线阵相机的外触发信号线的连接状态，tri表示为：

在前述铸坯厚度自适应在线图像采集方法的具体实施方式中，进一步地，激光测距传感器的检测结果表示为：

其中，di为第i个激光测距传感器的检测结果；∞表明第i个激光测距传感器没有检测到铸坯；linmit为有限的距离值，表明第i个激光测距传感器有检测到铸坯。

本实施例中，当待检测的铸坯经过激光测距仪位置时，在铸坯侧边垂直安装的n个激光测距传感器进行铸坯厚度检测，不同厚度的铸坯会导致对应激光测距传感器的检测结果发生变化，plc设备读取所有激光测距传感器的检测结果；然后plc设备根据检测结果，确定检测到铸坯的激光测距传感器集合a，确定集合a中安装位置最高的激光测距传感器对应的线阵相机组，并控制接通该线阵相机组的外触发信号，以便该线阵相机组进行铸坯图像采集。

本实施例中，控制不同组线阵相机外触发信号的继电器模块对应于不同的激光传感器。

在前述铸坯厚度自适应在线图像采集方法的具体实施方式中，进一步地，激光测距传感器按距离地面的距离从小到大按顺序进行编号，越大的编号表示距离地面越远；

确定的检测到铸坯的激光测距传感器集合a表示为：a＝{j|0<j<＝n,dj＝limit}，则plc设备需要控制组号为index的继电器模块去接通组号为index的线阵相机组的外触发信号，以便组号为index的线阵相机组进行铸坯图像采集，以n＝3为例，得到的激光测距传感器工作原理图如图4所示，其中，index＝max(a)，dj表示第j个激光测距传感器有检测到铸坯。

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。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。