物體厚度變化的線掃描相機(jī)成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種機(jī)器視覺檢測和測量領(lǐng)域，尤其涉及一種物體厚度變化的線掃描 相機(jī)成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于CCD成像的機(jī)器視覺檢測和測量技術(shù)W圖像為檢測媒介，具有檢測速度快、 精度高、檢測標(biāo)準(zhǔn)一致性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于社會化大生產(chǎn)過程中。其中，基于線掃描 相機(jī)的帶材表面質(zhì)量在線檢測技術(shù)，保存表面缺陷的直觀圖像結(jié)果，能夠生成文本化和定 量化的質(zhì)量報(bào)告，已成為了質(zhì)量控制的重要輔助手段。
[0003] 在帶鋼生產(chǎn)行業(yè)，機(jī)器視覺表面質(zhì)量檢測系統(tǒng)同樣得到了廣泛的應(yīng)用，充分體現(xiàn) 了該技術(shù)適應(yīng)高速檢測、檢測性能穩(wěn)定、可靠地優(yōu)點(diǎn)，能夠代替操作者工作在惡劣環(huán)境下。 在帶鋼厚板表面檢測過程中，板材的厚度變化很大（50-450mm)，該變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了相機(jī)成 像的景深，表面有效成像需要成像部件(光源1、相機(jī)2)整體位置變化，W適應(yīng)厚板帶鋼高 度的變化，如附圖1所示。成像部件的移動要確保檢測光路不變，則需要整體移動成像的光 源1和相機(jī)2,應(yīng)用過程中頻繁和微量的移動使系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得復(fù)雜，設(shè)備磨損也會降低系統(tǒng) 的成像精度。
[0004] 經(jīng)專利文獻(xiàn)檢索，涉及線掃描相機(jī)成像及相機(jī)標(biāo)定的專利較多，但是具體到成像 距離變化調(diào)整成像的專利很少。中國專利200710046375. 1公開了一種帶鋼隨動成像視 覺檢測方法，該方法是一種在帶鋼卷曲位隨卷徑增大過程中同步調(diào)整光源和相機(jī)成像的方 法，該方法需要同時(shí)移動相機(jī)和光源，并且需要監(jiān)控帶卷的直徑變化，該方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種物體厚度變化的線掃描相機(jī)成像方法，該方法在有限 調(diào)整成像部件的條件下，實(shí)現(xiàn)對可變高度物體的圖像采集過程，經(jīng)過成像部件的調(diào)整，可W 不改變成像光路和成像分辨率有效成像。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種物體厚度變化的線掃描相機(jī)成像方法，將相機(jī)和光源W設(shè)定的角度構(gòu)成檢測系統(tǒng) 成像光路，在被成像物體光線的反射光路上配置平面鏡組，光線從光源發(fā)出，經(jīng)過成像表面 反射后，再經(jīng)平面鏡組后進(jìn)入相機(jī)成像；所述平面鏡組包括第一平面鏡和第二平面鏡，第一 平面鏡和第二平面鏡反射面相對且平行，第一平面鏡和第二平面鏡分別W過寬度中點(diǎn)的長 度方向旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，并且第一平面鏡和第二平面鏡之間的距離能調(diào)節(jié)； 當(dāng)被成像物體表面高度變化時(shí)，通過調(diào)整平面鏡組之間的距離和角度，維持原成像光 源和相機(jī)位置不變的情況，仍然可W有效成像。
[0007]所述檢測系統(tǒng)成像光路中，設(shè)；光源入射角為公，光線經(jīng)物體反射角為a，當(dāng)被拍 攝物體厚度變化H'時(shí)，會導(dǎo)致相機(jī)成像光程變化1'，位置發(fā)生偏移d'根據(jù)給定的檢測 光路入射角和反射角，其計(jì)算式為： (1) 式中；r--相機(jī)成像光程變化；d'--位置發(fā)生偏移； 公…光源入射角；a--光線反射角； H'--被拍攝物體厚度變化； 為確保成像效果和參數(shù)不變，需調(diào)整反射鏡組來補(bǔ)償成像位置的高度變化和橫向偏移 量；設(shè)第二平面鏡更接近相機(jī)，第二平面鏡寬度中也0點(diǎn)位置固定，調(diào)整過0點(diǎn)的長度方向 的軸線旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)角度為0，定義旋轉(zhuǎn)角度0為鏡面與水平方向的夾角；第一平面鏡的 位置通過其寬度中點(diǎn)〇'確定，具體通過相對0點(diǎn)高度H和橫向偏移D來定位，第一平面鏡 旋轉(zhuǎn)角度也為0;
(2) 其中向片客進(jìn)+島 (3) 式中；r--相機(jī)成像光程變化；d'--位置發(fā)生偏移； a-光線反射角； 0-第一、第二平面鏡鏡面與水平方向的夾角； H--第一平面鏡寬度中點(diǎn)0'與第二平面鏡寬度中點(diǎn)0垂直高度； D--第一平面鏡寬度中點(diǎn)〇'與第二平面鏡寬度中點(diǎn)0橫向距離； 其中；r、d'由公式（1)得到，光線反射角a為已知，從而可通過公式（2)和（3)計(jì) 算得到H、0和D。
[0008] 所述第二平面鏡旋轉(zhuǎn)角度0值；90° _ 0〉- (90°+C)。
[0009] 所述第一平面鏡和第二平面鏡為長條狀。
[0010] 本發(fā)明的線掃描相機(jī)成像方法在有限調(diào)整成像部件的條件下，實(shí)現(xiàn)對可變高度物 體的圖像采集過程，經(jīng)過成像部件的調(diào)整，可W不改變成像光路和成像分辨率有效成像。從 而克服了當(dāng)被拍攝物體成像距離變化較大、超過鏡頭景深時(shí)需要精確調(diào)整相機(jī)和光源位置 的不足，增加檢測系統(tǒng)中圖像采集模塊的適用性。
[0011] 本發(fā)明的成像方法是具體提出一種通過旋轉(zhuǎn)并調(diào)整一組平面鏡組的鏡面反射改 變光程的方法，實(shí)現(xiàn)被成像物體表面高度變化時(shí)，在不改變光源位置，僅通過調(diào)整可變部件 實(shí)現(xiàn)檢測光路不變、等分辨率成像。
[0012] 本發(fā)明的成像方法可應(yīng)用于鋼鐵厚板等厚度變化較大的表面檢測系統(tǒng)中。厚板 表面缺陷檢測系統(tǒng)需要考慮溫度防護(hù)的同時(shí)，需要考慮板帶厚度變化對成像效果的影響， 為了保證成像效果的清晰度和分辨率的穩(wěn)定性，就需要調(diào)整成像部件的高度。本發(fā)明通過 調(diào)整一組光線轉(zhuǎn)折裝置，實(shí)現(xiàn)對檢測光路的調(diào)整和控制，達(dá)到圖像采集關(guān)鍵部件(相機(jī)和光 源）位置不變卻可W適應(yīng)厚板厚度變化的成像效果。隨著基于機(jī)器視覺帶鋼表面質(zhì)量在線 檢測技術(shù)的推廣和普及應(yīng)用，本發(fā)明具有廣泛的市場應(yīng)用前景。
[0013] 本發(fā)明的成像方法可應(yīng)用于鋼鐵板逐、銅帶等厚度變化較大的表面檢測系統(tǒng)中。
【附圖說明】
[0014] 圖1為成像模塊高度隨物體厚度變化示意圖； 圖2為本發(fā)明的光程可變反射鏡組示意圖； 圖3為本發(fā)明的反射鏡組位置關(guān)系示意圖； 圖4為本發(fā)明的成像高度變化時(shí)調(diào)整反射鏡組距離和角度示意圖； 圖5為本發(fā)明的相機(jī)成像光線垂直被拍攝物體表面時(shí)反射鏡組距離和角度示意圖。
[0015] 圖中；1光源，2相機(jī)，3成像表面，4第一平面鏡，5第二平面鏡，11第一平面鏡光線 入射方向與豎直方向夾角，12第一平面鏡光線出射方向與豎直方向夾角，13第一平面鏡和 第二平面鏡與水平方向夾角，14第一平面鏡和第二平面鏡的法線方向與豎直方向夾角，15 第二平面鏡光線出射方向與豎直方向夾角。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0017] 一種物體厚度變化的線掃描相機(jī)成像方法，將相機(jī)2和光源1W設(shè)定的角度構(gòu)成 檢測系統(tǒng)成像光路，在被成像物體光線的反射光路上配置平面鏡組，光線從光源1發(fā)出，經(jīng) 過成像表面3反射后，再經(jīng)平面鏡組4、5后進(jìn)入相機(jī)2成像；所述平面鏡組包括第一平面 鏡4和第二平面鏡5,第一平面鏡4和第二平面鏡5反射面相對且平行，第一平面鏡4和第 二平面鏡5為長條狀，第一平面鏡4和第二平面鏡5分別W過寬度中點(diǎn)的長度方向旋轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)動，并且第一平面鏡4和第二平面鏡5之間的距離能調(diào)節(jié)。當(dāng)被成像物體表面高度變化 時(shí)，通過調(diào)整平面鏡組之間的距離和角度，維持原成像光源和相機(jī)位置不變的情況，仍然可 W有效成像，參見圖4。具體如下： 如圖3所示，該組平面鏡為第一平面鏡4和第二平面鏡5,第一平面鏡4和第二平面鏡 5反射面相對且平行，第一平面鏡4和第二平面鏡5為長條狀，寬度為20-100mm，長度根據(jù) 具體的應(yīng)用來確定，與相機(jī)2成像組合視野相當(dāng)，第一平面鏡4和第二平面鏡5可W分別W 過寬度中點(diǎn)的長度方向旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，即，旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置于鏡面長度方向上，旋轉(zhuǎn)軸W寬度中點(diǎn) 轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)角