一种采用机器视觉的基于参考点的矩形板材尺寸测量方法

1.本发明涉及一种机器视觉检测技术,尤其涉及一种矩形板材尺寸测量方式。


背景技术：

2.板材是做成标准大小的扁平矩形建筑材料板，应用于建筑行业，用来作墙壁、天花板或地板的构件。也可指锻造、轧制或铸造而成的金属板。在实际工业生产中，板材也是非常常见的构件。测定板材的尺寸，尤其是长宽尺寸，是板材生产、测试过程中非常普遍的一道工序。
3.传统的板材尺寸测量方法，主要依靠人工测量，也有利用板材生产过程中的轮轴转动来计算距离。这些方法受板材尺寸、板材生产环境的影响，测量的精度往往不够稳定，影响了板材的生产效率，也增加了板材尺寸测量的成本。
4.在现有技术中，也有利用红外测距或机械测距等方式进行测量的自动测量装置，但依旧不能很好地控制测量精度；且部分接触式的测量手段易对板材造成损伤，影响板材质量。
5.针对现有技术中测量装置难以较好控制精度、成本较高以及误差较大的问题需要提供一种高精度、高效率及高稳定性的测量板材长宽尺寸的方法。


技术实现要素：

6.技术问题：为解决上述问题，本发明提供一种采用机器视觉的基于参考点的矩形板材尺寸测量方法，能够基于参考点和机器视觉技术测量矩形板材的尺寸，可以较好满足高精度、高效率的需求。
7.技术方案：为实现上述目的，本发明的一种采用机器视觉的基于参考点的矩形板材尺寸测量方法，包括如下步骤：
8.s1.在待测矩形板材的测量平面布置一组人为设定的位置关系确定的参考点；
9.s2.分别获取图像中参考点的像素坐标和板材顶点的像素坐标，并判断参考点的相对位置；
10.s3.根据参考点和矩形板材顶点的坐标信息，确定矩形板材的尺寸。
11.进一步地，在待测矩形板材的测量平面布置一组位置关系确定的参考点的方法包括：
12.s11.将所述参考点按三个点为一组进行分组，分别分布在板材四个顶点附近，共有四组；
13.s12.利用圆的圆心来表示参考点，并以圆心坐标作为参考点的像素坐标；并通过预先测量的方式获取参考点的世界坐标；
14.s13.每组的三个参考点具有明确的相对位置关系，具体表现为：三个参考点近似呈直角状分布。
15.进一步地，分别获取图像中参考点的像素坐标和板材顶点的像素坐标，并判断参
考点的相对位置的方法包括：
16.s21.利用圆形检测的方法确定参考点的像素坐标；
17.s22.利用直线检测并求算直线交点的方法确定板材顶点的像素坐标，并记为v(xv,yv)；
18.s23.在单组的三个参考点中，对参考点的像素坐标进行大小比较，将纵坐标最小的参考点定义为上方参考点，将横坐标最大的参考点定义为右方参考点，将另外的最后一个参考点定义为中间参考点。
19.s24.将上方参考点像素坐标记为r1(x1,y1),世界坐标记为r1(x1,y1),将中间参考点的像素坐标记为r2(x2,y2),世界坐标记为r2(x2,y2),将右方参考点的像素坐标记为r3(x3,y3)，世界坐标记为r3(x3,y3)；
20.进一步地，根据参考点和矩形板材顶点的坐标信息，确定矩形板材的尺寸的方法包括：
21.s31.将矩形板材顶点的世界坐标记为v(xv,yv)；
22.s32.利用数学方法求解板材顶点的世界坐标，具体公式如下：
[0023][0024][0025]
s33.利用相同的方法将矩形板材四个顶点的世界坐标全部求出，并将左上角顶点世界坐标记为v1(x
v1
,y
v1
),右上角顶点世界坐标记为v2(x
v2
,y
v2
),右下角顶点世界坐标记为v3(x
v3
,y
v3
),左下角顶点世界坐标记为v4(x
v4
,y
v4
)；
[0026]
s34.定义板材上方边长度为顶点v1到顶点v2的欧几里得距离，并记为l
12
,下方边长度为顶点v3到顶点v4的欧几里得距离，并记为l
34
,左方边长度为顶点v1到顶点v4的欧几里得距离，并记为l
14
,右方边长度为顶点v2到顶点v3的欧几里得距离，并记为l
23
；利用参考点的世界坐标计算矩形板材的长度，以此作为板材尺寸。具体公式如下：
[0027][0028][0029][0030][0031]
进一步地，矩形板材尺寸包括：长度尺寸和宽度尺寸。
[0032]
有益效果：本发明的基于参考点的矩形板材尺寸测量方法，可以通过参考点求算矩形板材的顶点坐标，进而求出矩形板材的长宽尺寸。本发明的矩形板材尺寸测量方法，能够有效取代传统测量方法，利用机器视觉的处理技术来确定板材尺寸。该方法原理简单可行，运行效率高，稳定性好，测量结果精准可靠。
附图说明
[0033]
图1为本发明实施例中参考点在矩形板材周围的分布情况俯视示意图；其中有：参考点1、待测矩形板材2、待测矩形板材左上角顶点v1、待测矩形板材右上角顶点v2、待测矩形
板材右下角顶点v3、待测矩形板材左下角顶点v4。
[0034]
图2为图1实施例中顶点a与附近参考点分布俯视示意图；其中有：参考点1、待测矩形板材2、待测矩形板材左上角顶点坐标v1(x
v1
，y
v1
)、1号参考点坐标r1(x1,y1)、2号参考点坐标r2(x2,y2)、3号参考点坐标r3(x3,y3)。
[0035]
图3为本发明实施例的矩形板材尺寸测量方法流程图。
具体实施方式
[0036]
下面，结合附图，对本发明的工作原理作进一步说明。
[0037]
板材是做成标准大小的扁平矩形建筑材料板，应用于建筑行业，用来作墙壁、天花板或地板的构件。也可指锻造、轧制或铸造而成的金属板。在实际工业生产中，板材也是非常常见的构件。测定板材的尺寸，尤其是长宽尺寸，是板材生产、测试过程中非常普遍的一道工序。传统的板材尺寸测量方法，主要依靠人工测量，也有利用板材生产过程中的轮轴转动来计算距离。这些方法受板材尺寸、板材生产环境的影响，测量的精度往往不够稳定，影响了板材的生产效率，也增加了板材尺寸测量的成本。在现有技术中，也有利用红外测距或机械测距等方式进行测量的自动测量装置，但依旧不能很好地控制测量精度；且部分接触式的测量手段易对板材造成损伤，影响板材质量。
[0038]
针对上述问题，本发明提出了一种能够基于机器视觉检测技术自动测量钢板尺寸的方法，能够基于参考点和机器视觉技术测量矩形板材的尺寸，可以较好满足高精度、高效率的需求。
[0039]
因此，本发明实施例提供了一种基于参考点的矩形板材尺寸测量方法，主要包括以下步骤：
[0040]
s1、在待测矩形板材2的测量平面布置一组位置关系确定的参考点1，具体包括如下步骤：
[0041]
s11、将所述参考点按三个点为一组进行分组，分别分布在板材四个角点附近，共有四组；
[0042]
s12、利用半径已知的圆的圆心来表示参考点，并以圆心坐标作为参考点的坐标；
[0043]
s13、每组的三个参考点具有明确的相对位置关系，具体表现为：三个参考点近似呈直角状分布。
[0044]
s2、分别获取图像中参考点的像素坐标和板材顶点的像素坐标，并判断参考点的相对位置，具体包括如下步骤：
[0045]
s21.利用圆形检测的方法确定参考点的像素坐标；
[0046]
s22.利用直线检测并求算直线交点的方法确定板材顶点的像素坐标，并记为v(xv,yv)；
[0047]
s23.在单组的三个参考点中，对参考点的像素坐标进行大小比较，将纵坐标最小的参考点定义为上方参考点，将横坐标最大的参考点定义为右方参考点，将另外的最后一个参考点定义为中间参考点。
[0048]
s24.将上方参考点像素坐标记为r1(x1,y1),世界坐标记为r1(x1,y1),将中间参考点的像素坐标记为r2(x2,y2),世界坐标记为r2(x2,y2),将右方参考点的像素坐标记为r3(x3,y3)，世界坐标记为r3(x3,y3)；
[0049]
s3、根据参考点和矩形板材顶点的坐标信息，确定矩形板材的尺寸，具体包括如下步骤：
[0050]
s31.将矩形板材顶点的世界坐标记为v(xv,yv)；
[0051]
s32.利用数学方法求解板材顶点的世界坐标，具体公式如下：
[0052][0053][0054]
s33.利用相同的方法将矩形板材四个顶点的世界坐标全部求出，并将左上角顶点世界坐标记为v1(x
v1
,y
v1
),右上角顶点世界坐标记为v2(x
v2
,y
v2
),右下角顶点世界坐标记为v3(x
v3
,y
v3
),左下角顶点世界坐标记为v4(x
v4
,y
v4
)；
[0055]
s34.定义板材上方边长度为顶点v1到顶点v2的欧几里得距离，并记为l
12
,下方边长度为顶点v3到顶点v4的欧几里得距离，并记为l
34
,左方边长度为顶点v1到顶点v4的欧几里得距离，并记为l
14
,右方边长度为顶点v2到顶点v3的欧几里得距离，并记为l
23
；利用参考点的世界坐标计算矩形板材的长度，以此作为板材尺寸。具体公式如下：
[0056][0057][0058][0059][0060]
下面将根据图2对步骤s3进行具体说明。
[0061]
如图2所示，以矩形板材顶点v1为例，定义在图像中经定位后的参考点和矩形板材顶点像素坐标分别为r1(x1,y1),r2(x2,y2),r3(x3,y3)和v1(x
v1
,y
v1
)，定义参考点r1，r2，r3的世界坐标分别为r1(x1,y1),r2(x2,y2),r3(x3,y3)。矩形板材顶点v1的世界坐标v1(x
v1
,y
v1
)计算公式为：
[0062][0063][0064]
同理，可以计算得到矩形板材剩余三个顶点v2,v3,v4的世界坐标v2(x
v2
,y
v2
),v3(x
v3
,y
v3
),v4(x
v4
,y
v4
)。
[0065]
计算得到矩形板材四个顶点的世界坐标后，由此可以计算矩形板材2各条边的距离：
[0066]
为顶点v1到顶点v2的距离；
[0067]
为顶点v2到顶点v3的距离；
[0068]
为顶点v3到顶点v4的距离；
[0069]
为顶点v1到顶点v4的距离；
[0070]
下面，以一个具体的实施例来对本发明实施例的钢板尺寸测量方法进行说明。
[0071]
以测量300mm
×
200mm规格钢制矩形板材为例，在测量区域布置一系列参考点，测
得参考点的世界坐标为r1(-0.5,-41),r2(0,0),r3(43.5,0),r4(350.2,-45),r5(350.3,-2.0),r6(395.5,-2.0),r7(349.7,232.6),r8(351.4,271.1),r9(389.8,271.3),r
10
(395.5,-2.0),r
11
(0,234.5),r
12
(0,275.6)。
[0072]
利用圆形检测的方法，定位相机图像中的圆形参考点，测得图像中参考点的像素坐标分别为r1(432,199),r2(440,327),r3(578,321),r4(905,93),r5(900,239),r6(1047,236),r7(854,471),r8(858,603),r9(987,604),r
10
(511,455),r
11
(516,586),r
12
(648,581)；通过比较参考点的像素坐标，得到矩形板材四个顶点区域的上方参考点分别为r1,r4,r7,r
10
；右方参考点分别为r3,r6,r9,r
12
；中间参考点分别为r2,r5,r8,r
11
；通过直线检测与交点求算的方法得到矩形板材顶点的像素坐标分别为v1(533,400),v2(824,331),v3(791.453),v4(598,428)。
[0073]
利用公式计算得矩形板材四个顶点的世界坐标为：v1(27.95,24.44),v2(327.78,24.51),v3(330.73,227.25),v4(28.81,226.91)。
[0074]
由此可以计算出矩形板材四条边的长度为：l
v12
＝299.83mm,l
v23
＝202.76mm,l
v34
＝301.92mm,l
v14
＝202.47mm,即上方边为299.83mm，下方边为301.92mm，右方边为202.76mm，左方边为202.47mm
[0075]
综上所述，本发明提供的基于参考点的矩形板材尺寸测量方法，能够基于机器视觉技术测量板材尺寸，具有高精度、高效率的特点。
[0076]
以上，仅为本发明的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本发明的工作原理的基础上，可以对本发明作出多种改进，这均属于本发明的保护范围。