基于机器视觉的圆柱体曲面图像采集方法、系统、装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于图像采集技术领域，具体涉及了一种基于机器视觉的圆柱体曲面图像采集方法、系统、装置，旨在解决缺陷检测中曲面图像采集质量低导致检测结果准确率低的问题。本发明专利技术方法包括：调整待采集圆柱体，使其轴向与图像采集装置线阵排列方向平行；根据圆柱体的几何参数和突出采集装置的工作长度，计算采集图像时图像采集装置的相对平移速度和待采集圆柱体的相对旋转速度；根据相对平移速度和相对旋转速度控制圆柱体和图像采集装置运动，获得待采集圆柱体表面图像的原始数据；基于待采集圆柱体表面图像的原始数据，利用图像生成算法生成待采集圆柱体的曲面图像。本发明专利技术可以有效提高圆柱体曲面图像采集的效率质量，有效避免了拼接带来的误差。

Cylindrical Surface Image Acquisition Method, System and Device Based on Machine Vision

【技术实现步骤摘要】
基于机器视觉的圆柱体曲面图像采集方法、系统、装置
本专利技术属于图像采集
，具体涉及了一种基于机器视觉的圆柱体曲面图像采集方法、系统、装置。
技术介绍
缺陷检测在工业生产中有广泛的应用，缺陷检测分为图像采集与算法检测两个步骤，其中图像采集的质量对整个缺陷检测效果有重要的影响。工业产品的外形丰富，除了规则的立方体外，还存在大量圆柱体的工业产品，如无缝钢管、罐头等。对这些产品进行缺陷检测时，现有的图像采集方法通常为相机拍摄后再利用图像校正算法将曲面图像变换为平面图像，然后将得到的平面图像作为检测算法的输入，得到最终的检测结果。上述方法存在两个不足，一方面图像质量依赖于校正算法，对于曲面图像的校正，最常见的方法是多项式拟合，虽然理论上任何变换都可以由多项式的泰勒展开式表示，但高阶多项式的插值中常出现不稳定的现象；另一方面此方法在采集轴向较长的圆柱体时，为保证分辨率不变，需要拍摄多段图像并进行拼接，但拼接质量又会影响最终生成的图像质量。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即缺陷检测中曲面图像采集质量低导致检测结果准确率低的问题，本专利技术提供了一种基于机器视觉的圆柱体曲面图像采集方法，包括：步骤S10，将待采集圆柱体的轴向与图像采集装置线阵排列方向平行设置；步骤S20，根据所述待采集圆柱体的几何参数和所述图像采集装置的图像采集参数，计算相对旋转转速、相对平移速度，以使所述待采集圆柱体和所述图像采集装置通过相对运动能够以螺旋采集的方式获取到完整的圆柱体表面图像；所述相对旋转速度为所述待采集圆柱体相对所述图像采集装置的转速；所述相对平移速度为所述图像采集装置相对所述待采集圆柱体沿其轴线的平移速度；步骤S30，根据所述相对旋转转速、相对平移速度，分别控制所述待采集圆柱体和图像采集装置运动，通过螺旋采集的方式获取所述待采集圆柱体表面的各局部图像及其位置信息，构建原始数据集；步骤S40，基于所述原始数据集中各局部图像及其位置信息，采用插值算法将所述原始数据集中的数据插入新建的空白平面展开图，获取所述待采集圆柱体的柱面展开图。在一些优选的实施例中，步骤S20中“根据所述待采集圆柱体的几何参数和所述图像采集装置的图像采集参数，计算相对旋转转速、相对平移速度”，其计算方法为：其中，ωcylinder为待采集圆柱体的旋转速度；Rcylinder为待采集圆柱体的半径；p为图像压缩因子，为下取整符号；v为图像采集装置的平移速度；l为图像采集装置的工作长度；a为图像采集装置单位长度内的像素个数；t为采样时间。在一些优选的实施例中，步骤S40中“基于所述原始数据集中各局部图像及其位置信息，采用插值算法将所述原始数据集中的数据插入新建的空白平面展开图，获取所述待采集圆柱体的柱面展开图”，其步骤为：步骤S41，根据所述原始数据初始化变量，新建一张待插值图像；步骤S42，获取所述待采集圆柱体表面图像的原始数据，计算每次采样时位置的坐标，按照数据采集顺序将每次采样的数据存储到待插值图像对应坐标下，获得第一插值图像；步骤S43，新建空白平面展开图，采用线性插值算法将所述第一插值像中的数据插入空白平面展开图，获得待采集圆柱体的曲面图像。在一些优选的实施例中，步骤S41中“根据所述原始数据初始化变量，新建一张待插值图像”，其方法为：data[*][*][*]代表原始数据集中所有数据；index代表图像采集装置采集过程转过的圈数；创建待插值图像，采用三维数据组Image[row][column][4]保存图像数据；其中，为列数的上限,为上取整符号；Image[row][column][0]为数据点在圆柱体轴向上的坐标值；Image[row][column][1]、Image[row][column][2]、Image[row][column][3]分别储存数据点的RGB值。在一些优选的实施例中，步骤S42中“依据所述待采集圆柱体表面图像的原始数据，计算每次采样时位置的坐标，按照数据采集顺序将每次采样的数据存储到待插值图像对应坐标下，获得第一插值图像”，其方法为：获取所述原始数据中的一组数据data[i][*][*]到缓冲区，[*]表示该级所有数据；将所述数据储存到Image[jstart][kstart][*]至Image[jstart][kstart+n][*]中，其中jstart＝i％row，kstart＝column-n*(index+1)，令j＝jstart，kstart≤k＜kstart+n，k为正整数，Image[j][k][0]储存该点在圆柱体轴向上的坐标值，Image[j][k][0]＝a*(Lcylinder-i*s)+k-kstart；Image[j][k][1]、Image[j][k][2]、Image[j][k][3]分别保存对应数据点的RGB值，将数据存储到待插值图像对应坐标下；按照数据采集顺序获取所述原始数据中的每组数据，并存储到待插值图像对应坐标下，获得第一插值图像。在一些优选的实施例中，步骤S43中“新建空白平面展开图，采用线性插值算法将所述第一插值像中的数据插入所述空白平面展开图，获得待采集圆柱体的曲面图像”，其方法为：新建平面展开图FinalImage[r][c][3]，其中r＝row，对任意的x∈[0,r]，y∈[0,c]，可找到x'∈[0,row]，y'∈[0,column]，使得x＝x'，Image[x'][y'][0]＜y＜Image[x'][y'+1][0]；R通道插值公式如下：对FinalImage[r][c][3]进行遍历插值后，即可得到待采集圆柱体的曲面图像。本专利技术的另一方面，提出了一种基于机器视觉的圆柱体曲面图像采集系统，包括调整模块、速度计算模块、数据获取模块、图像生成模块；所述调整模块，配置为将待采集圆柱体的轴向与图像采集装置的线阵排列方向平行设置；所述速度计算模块，配置为根据所述待采集圆柱体的几何参数和所述图像采集装置的图像采集参数，计算相对旋转转速、相对平移速度；所述数据获取模块，配置为根据相对旋转转速、相对平移速度，分别控制待采集圆柱体和图像采集装置运动，获得原始数据集；所述图像生成模块，配置为基于原始数据集，采用插值算法将原始数据集中的数据插入新建的空白平面展开图，获取待采集圆柱体的柱面展开图。本专利技术的第三方面，提出了一种存储装置，其中存储有多条程序，所述程序适于由处理器加载并执行以实现上述的基于机器视觉的圆柱体曲面图像采集方法。本专利技术的第四方面，提出了一种处理装置，包括处理器、存储装置；所述处理器，适于执行各条程序；所述存储装置，适于存储多条程序；所述程序适于由处理器加载并执行以实现上述的基于机器视觉的圆柱体曲面图像采集方法。本专利技术的第五方面，提出了一种基于机器视觉的圆柱体曲面图像采集系统，包括圆柱体旋转装置、图像采集装置、用于装设所述图像采集装置的平移装置、图像处理装置；所述图像采集装置与所述圆柱体旋转装置的转轴轴向垂直设置；所述圆柱体旋转装置，配置为轴向固定待采集圆柱体，并依据控制指令定轴转动所述待采集圆柱体；所述图像采集装置，配置为采集落入采集区域的所述待采集圆柱体表面图像；所述平移装置，配置为依据控制指令沿所述圆柱体旋转装置的轴线方向平移；所述图像装置，配置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉的圆柱体曲面图像采集方法，其特征在于，包括：步骤S10，将待采集圆柱体轴向与图像采集装置的线阵排列方向平行设置；步骤S20，根据所述待采集圆柱体的几何参数和所述图像采集装置的图像采集参数，计算相对旋转转速、相对平移速度，以使所述待采集圆柱体和所述图像采集装置通过相对运动能够以螺旋采集的方式获取到完整的圆柱体表面图像；所述相对旋转速度为所述待采集圆柱体相对所述图像采集装置的转速；所述相对平移速度为所述图像采集装置相对所述待采集圆柱体沿其轴线的平移速度；步骤S30，根据所述相对旋转转速、所述相对平移速度，分别控制所述待采集圆柱体和所述图像采集装置运动，通过螺旋采集的方式获取所述待采集圆柱体表面的各局部图像及其位置信息，构建原始数据集；步骤S40，基于所述原始数据集中各局部图像及其位置信息，采用插值算法将所述原始数据集中的数据插入新建的空白平面展开图，获取所述待采集圆柱体的柱面展开图。

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的圆柱体曲面图像采集方法，其特征在于，包括：步骤S10，将待采集圆柱体轴向与图像采集装置的线阵排列方向平行设置；步骤S20，根据所述待采集圆柱体的几何参数和所述图像采集装置的图像采集参数，计算相对旋转转速、相对平移速度，以使所述待采集圆柱体和所述图像采集装置通过相对运动能够以螺旋采集的方式获取到完整的圆柱体表面图像；所述相对旋转速度为所述待采集圆柱体相对所述图像采集装置的转速；所述相对平移速度为所述图像采集装置相对所述待采集圆柱体沿其轴线的平移速度；步骤S30，根据所述相对旋转转速、所述相对平移速度，分别控制所述待采集圆柱体和所述图像采集装置运动，通过螺旋采集的方式获取所述待采集圆柱体表面的各局部图像及其位置信息，构建原始数据集；步骤S40，基于所述原始数据集中各局部图像及其位置信息，采用插值算法将所述原始数据集中的数据插入新建的空白平面展开图，获取所述待采集圆柱体的柱面展开图。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的圆柱体曲面图像采集方法，其特征在于，步骤S20中“根据所述待采集圆柱体的几何参数和所述图像采集装置的图像采集参数，计算相对旋转转速、相对平移速度”，其计算方法为：其中，ωcylinder为待采集圆柱体的旋转速度；Rcylinder为待采集圆柱体的半径；p为图像压缩因子，为下取整符号；v为图像采集装置的平移速度；l为图像采集装置的工作长度；a为图像采集装置单位长度内的像素个数；t为采样时间。3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的圆柱体曲面图像采集方法，其特征在于，步骤S40中“基于所述原始数据集中各局部图像及其位置信息，采用插值算法将所述原始数据集中的数据插入新建的空白平面展开图，获取所述待采集圆柱体的柱面展开图”，其步骤为：步骤S41，根据所述原始数据初始化变量，新建一张待插值图像；步骤S42，依据所述待采集圆柱体表面图像的原始数据，计算每次采样时位置的坐标，按照数据采集顺序将每次采样的数据存储到待插值图像对应坐标下，获得第一插值图像；步骤S43，新建空白平面展开图，采用线性插值算法将所述第一插值像中的数据插入所述空白平面展开图，获得待采集圆柱体的曲面图像。4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的圆柱体曲面图像采集方法，其特征在于，步骤S41中“根据所述原始数据初始化变量，新建一张待插值图像”，其方法为：data[*][*][*]代表原始数据集中所有数据；index代表图像采集装置采集过程转过的圈数；创建待插值图像，采用三维数据组Image[row][column][4]保存图像数据；其中，为列数的上限,为上取整符号；Image[row][column][0]为数据点在圆柱体轴向上的坐标值；Image[row][column][1]、Image[row][column][2]、Image[row][column][3]分别储存数据点的RGB值。5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的圆柱体曲面图像采集方法，其特征在于，步骤S42中“依据所述待采集圆柱体表面图像的原始数据，计算每次采样时位置的坐标，按照数据采集顺序将每次采样的数据存储到待插值图像对应坐标下，获得第一插值图像”，其方法为：获取所述原始数据中的一组数据data[i][*][*]到缓冲区，[*]表示该级所有数据；将所述数据储存到Image[jstart][kstart][*]至Image[jstart][kstart+n][*]中，其中jstart＝i％row，kstart＝column-n*(index+1)，令j＝jst...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝鹏，胡建华，王云宽，王欣波，郑军，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11