本發(fā)明涉及機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)，特別是指一種基于水平夾角校準(zhǔn)圖像的視覺(jué)檢測(cè)信息采集裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)自動(dòng)化與智能化的發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在各類(lèi)結(jié)構(gòu)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用愈加廣泛。傳統(tǒng)的單一傳感器設(shè)備在復(fù)雜環(huán)境下的應(yīng)用受到了很大的限制。尤其是在大型工程結(jié)構(gòu)(如橋梁、隧道、建筑物等)的檢測(cè)過(guò)程中，往往需要對(duì)表面的裂縫、變形和其他缺陷進(jìn)行高精度的感知與識(shí)別。然而，傳統(tǒng)的視覺(jué)傳感器設(shè)備受限于其單一的信息采集方式，難以在多變的環(huán)境條件下提供全面、精準(zhǔn)的檢測(cè)結(jié)果。

2、此外，現(xiàn)有的視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備通常依賴(lài)于工業(yè)相機(jī)采集的二維圖像數(shù)據(jù)，無(wú)法有效獲取深度信息，導(dǎo)致在表面復(fù)雜度較高或光照條件不佳時(shí)，檢測(cè)精度明顯下降。同時(shí)，在圖像采集過(guò)程中，因相機(jī)鏡頭軸線與被測(cè)結(jié)構(gòu)表面成角所引起的圖像畸變問(wèn)題尤為明顯，檢測(cè)結(jié)果往往會(huì)產(chǎn)生幾何失真，影響檢測(cè)可靠性。此外，光線不足的環(huán)境下，傳統(tǒng)設(shè)備難以保證圖像清晰度，進(jìn)一步限制了其應(yīng)用范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種基于水平夾角校準(zhǔn)圖像的視覺(jué)檢測(cè)信息采集裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)所采集的圖像數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，影響工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)精度的技術(shù)問(wèn)題。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

3、一方面，本發(fā)明提供了一種基于水平夾角校準(zhǔn)圖像的視覺(jué)檢測(cè)信息采集裝置，其包括：帶有變焦鏡頭的工業(yè)相機(jī)、云臺(tái)裝置、固定裝置、激光測(cè)距傳感器組件、信號(hào)采集同步器以及圖像自動(dòng)校準(zhǔn)模塊；其中，所述工業(yè)相機(jī)安裝在所述云臺(tái)裝置上，所述云臺(tái)裝置安裝在所述固定裝置上；所述激光測(cè)距傳感器組件安裝于工業(yè)相機(jī)的頂部；工業(yè)相機(jī)和激光測(cè)距傳感器組件分別與信號(hào)采集同步器電連接；

4、所述工業(yè)相機(jī)用于捕捉被測(cè)結(jié)構(gòu)表面區(qū)域的圖像；

5、所述激光測(cè)距傳感器組件用于實(shí)時(shí)測(cè)量所述工業(yè)相機(jī)的光心與被測(cè)結(jié)構(gòu)表面區(qū)域不同位置之間的距離信息，并確定所述工業(yè)相機(jī)的鏡頭軸線與被測(cè)結(jié)構(gòu)表面法線之間形成的水平夾角；

6、所述信號(hào)采集同步器用于同步控制所述工業(yè)相機(jī)和所述激光測(cè)距傳感器組件的啟動(dòng)與關(guān)閉，以確保工業(yè)相機(jī)和激光測(cè)距傳感器組件之間的數(shù)據(jù)采集一致性；

7、所述圖像自動(dòng)校準(zhǔn)模塊用于校正工業(yè)相機(jī)所捕捉的圖像因工業(yè)相機(jī)的鏡頭軸線與被測(cè)結(jié)構(gòu)表面法線之間的水平夾角所產(chǎn)生的畸變，得到校正后的圖像。

8、進(jìn)一步地，所述視覺(jué)檢測(cè)信息采集裝置還包括自適應(yīng)補(bǔ)光燈；

9、所述自適應(yīng)補(bǔ)光燈與所述信號(hào)采集同步器電連接，由所述信號(hào)采集同步器同步控制所述自適應(yīng)補(bǔ)光燈與工業(yè)相機(jī)以及激光測(cè)距傳感器組件的啟動(dòng)與關(guān)閉；

10、所述自適應(yīng)補(bǔ)光燈能夠根據(jù)環(huán)境光線的強(qiáng)弱自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度，以保證所述工業(yè)相機(jī)進(jìn)行圖像采集時(shí)所采集圖像的清晰度。

11、進(jìn)一步地，所述激光測(cè)距傳感器組件包括：第一激光測(cè)距傳感器、第二激光測(cè)距傳感器、第三激光測(cè)距傳感器、第一角度調(diào)節(jié)按鈕以及第二角度調(diào)節(jié)按鈕；

12、其中，所述第二激光測(cè)距傳感器與所述工業(yè)相機(jī)的光軸重合，所述第一激光測(cè)距傳感器和所述第三激光測(cè)距傳感器沿所述工業(yè)相機(jī)的光軸兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置，且所述第一激光測(cè)距傳感器上設(shè)置有第一角度調(diào)節(jié)按鈕，所述第三激光測(cè)距傳感器設(shè)置有第二角度調(diào)節(jié)按鈕，所述第一角度調(diào)節(jié)按鈕與所述第一激光測(cè)距傳感器機(jī)械連接，用于調(diào)整所述第一激光測(cè)距傳感器的角度；所述第二角度調(diào)節(jié)按鈕與所述第三激光測(cè)距傳感器機(jī)械連接，用于調(diào)整所述第三激光測(cè)距傳感器的角度。

13、進(jìn)一步地，所述視覺(jué)檢測(cè)信息采集裝置還包括多模態(tài)數(shù)據(jù)融合模塊；所述多模態(tài)數(shù)據(jù)融合模塊采用預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)融合算法，將所述工業(yè)相機(jī)捕獲的圖像和所述激光測(cè)距傳感器組件采集的距離信息進(jìn)行同步處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)結(jié)構(gòu)表面的感知。

14、進(jìn)一步地，所述圖像自動(dòng)校準(zhǔn)模塊具體用于：利用所述激光測(cè)距傳感器組件測(cè)量所述工業(yè)相機(jī)的光心與被測(cè)結(jié)構(gòu)表面區(qū)域不同位置之間的距離，獲取相機(jī)鏡頭軸線與被測(cè)結(jié)構(gòu)表面法線之間的水平夾角，并以相機(jī)拍攝的圖像的豎向中心線為界，采用透視變換矩陣分別校正圖像左右區(qū)域的畸變，得到校正后的圖像。

15、進(jìn)一步地，利用所述激光測(cè)距傳感器組件測(cè)量所述工業(yè)相機(jī)的光心與被測(cè)結(jié)構(gòu)表面區(qū)域不同位置之間的距離，獲取相機(jī)鏡頭軸線與被測(cè)結(jié)構(gòu)表面法線之間的水平夾角，并以相機(jī)拍攝的圖像的豎向中心線為界，采用透視變換矩陣分別校正圖像左右區(qū)域的畸變，得到校正后的圖像，包括：

16、獲取相機(jī)鏡頭軸線與被測(cè)結(jié)構(gòu)表面法線之間的水平夾角，公式表示為：

17、

18、其中，s1表示所述第一激光測(cè)距傳感器所測(cè)得的光心距被測(cè)結(jié)構(gòu)表面的距離；s3表示所述第三激光測(cè)距傳感器所測(cè)得的光心距被測(cè)結(jié)構(gòu)表面的距離；s2表示所述第二激光測(cè)距傳感器所測(cè)得的光心距被測(cè)結(jié)構(gòu)表面的距離；所述第一激光測(cè)距傳感器的軸線與所述第二激光測(cè)距傳感器的軸線之間的夾角以及所述第三激光測(cè)距傳感器的軸線與所述第二激光測(cè)距傳感器的軸線之間的夾角均為α；

19、以相機(jī)拍攝的圖像的豎向中心線為界，對(duì)圖像左半部分區(qū)域進(jìn)行透視變換修正，修正前，選取圖像左半部分區(qū)域的四個(gè)邊界點(diǎn)，其像素坐標(biāo)依次為：(0,0)、(w/2,0)、(w/2,h)、(0,h)；修正后，四個(gè)邊界點(diǎn)的坐標(biāo)分別變?yōu)椋?w/2,0)、(w/2,h)、其中，θ表示相機(jī)視角；w表示圖像的寬度；h表示圖像的高度；通過(guò)圖像左半部分區(qū)域四個(gè)邊界點(diǎn)的坐標(biāo)變化，利用透視變換原理，獲取圖像左半部分區(qū)域的透視變換矩陣h左，并將h左應(yīng)用于圖像的左半部分區(qū)域，自動(dòng)校正因畸變引起的圖像變形；

20、以相機(jī)拍攝的圖像的豎向中心線為界，對(duì)圖像右半部分區(qū)域進(jìn)行透視變換修正，修正前，選取圖像右半部分區(qū)域的四個(gè)邊界點(diǎn)，其像素坐標(biāo)依次為：(w/2,0)、(w,0)、(w,h)、(w/2,h)；修正后，四個(gè)邊界點(diǎn)的坐標(biāo)分別變?yōu)椋?w/2,0)、(w/2,h)；根據(jù)圖像右半部分區(qū)域的四個(gè)邊界點(diǎn)的坐標(biāo)變化，獲取圖像右半部分區(qū)域透視變換矩陣h右，并將h右應(yīng)用于圖像的右半部分區(qū)域，自動(dòng)校正因畸變引起的圖像變形；

21、最后，將校正后的圖像左半部分區(qū)域與圖像右半部分區(qū)域并成一個(gè)完整的圖像，確保兩部分之間的接縫平滑過(guò)渡，得到校正后的圖像。

22、另一方面，本發(fā)明還提供了一種利用上述基于水平夾角校準(zhǔn)圖像的視覺(jué)檢測(cè)信息采集裝置實(shí)現(xiàn)的基于水平夾角校準(zhǔn)圖像的視覺(jué)檢測(cè)信息采集方法，其包括：

23、利用所述信號(hào)采集同步器同步控制所述工業(yè)相機(jī)和所述激光測(cè)距傳感器組件的啟動(dòng)與關(guān)閉，利用所述激光測(cè)距傳感器組件實(shí)時(shí)測(cè)量所述工業(yè)相機(jī)的光心與被測(cè)結(jié)構(gòu)表面區(qū)域不同位置之間的距離信息，并確定所述工業(yè)相機(jī)的鏡頭軸線與被測(cè)結(jié)構(gòu)表面法線之間形成的水平夾角；

24、利用所述圖像自動(dòng)校準(zhǔn)模塊校正工業(yè)相機(jī)所捕捉的圖像因工業(yè)相機(jī)的鏡頭軸線與被測(cè)結(jié)構(gòu)表面法線之間的水平夾角所產(chǎn)生的畸變，得到校正后的圖像。

25、本發(fā)明提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果至少包括：

26、本發(fā)明方案通過(guò)集成工業(yè)相機(jī)、激光測(cè)距傳感器、高精度傾斜角傳感器等多種傳感器和自適應(yīng)補(bǔ)光燈，開(kāi)發(fā)了一種低成本且高精度的視覺(jué)檢測(cè)信息采集裝置，實(shí)現(xiàn)了多維度數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集與融合處理，可顯著提高結(jié)構(gòu)表面的感知精度。通過(guò)內(nèi)置的圖像自動(dòng)校準(zhǔn)模塊，系統(tǒng)能夠自動(dòng)修正因水平夾角偏差導(dǎo)致的圖像畸變，確保圖像數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而顯著提升測(cè)量的精度。自適應(yīng)補(bǔ)光功能則能夠根據(jù)環(huán)境光線智能調(diào)節(jié)亮度，確保在光照不足的環(huán)境中依然獲得清晰的圖像。此外，多功能云臺(tái)具備多角度旋轉(zhuǎn)能力，能夠靈活適應(yīng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的全方位檢測(cè)需求。信號(hào)采集同步器保證了各傳感器之間的同步數(shù)據(jù)采集，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性和數(shù)據(jù)一致性。整個(gè)裝置不僅具有低成本、高精度的優(yōu)勢(shì)，還具備良好的高效能表現(xiàn)，特別適用于大規(guī)模工程結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期檢測(cè)和監(jiān)測(cè)。該裝置可廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、隧道等領(lǐng)域，可極大提升工程檢測(cè)的效率與可靠性。