一种基于红外光束的视觉测距系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于红外光束的视觉测距系统及方法，本发明专利技术通过对目标物体采集的图像进行轮廓查找，提取出图像中的目标区域，然后提取目标区域的点线特征，计算目标物体的上下端间距及投射在物体表面红外线光束的间距，利用两者间距的比值关系计算目标物体与光源的距离。本发明专利技术可以实现快速、高精度的实现距离的测量。

A Visual Ranging System and Method Based on Infrared Beam

【技术实现步骤摘要】
一种基于红外光束的视觉测距系统及方法
本专利技术涉及自动化控制领域，具体涉及一种基于红外光束的视觉测距系统及方法。
技术介绍
随着工业的快速发展，越来越多的工厂都引进自动化或半自动化的生产设备来提高生产效率。自动化设备的引进在提高生产效率的同时也带来了生产安全上的隐患。而杜绝生产安全隐患的最有效手段就是随时把控生产过程中的距离。目前，市场上应用比较广泛的测距技术有激光测距、双目视觉测距以及红外线测距。这些均存在造价昂贵，硬件复杂的问题。而且这些测距方法往往存在使用时对测距背景要求高或是算法复杂，因为在视觉测距的过程中对目标物体的提取是重中之重。只有完美的提取了目标物体后才能进行下一步的操作。通过对测距背景提高要求，使之单一化可以有效简化目标物体的提取，但代价就是该方法的鲁棒性大大降低。而通过复杂算法提高方法鲁棒性的同时由于算法的复杂程度也降低了测量的效率。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术提供一种基于红外光束的视觉测距系统及方法。本专利技术适用于外形规则物体的近距离测量，通过对目标物体采集的图像进行轮廓查找，提取出图像中的目标区域，然后提取目标区域的点线特征，计算目标物体的上下端间距及投射在物体表面红外线光束的间距，利用两者间距的比值关系计算目标物体与光源的距离。具有造价低廉及硬件简单的特点。本专利技术采用如下技术方案：一种基于红外光束的视觉测距系统，包括相机、线性光源及目标物体，所述线性光源设置在目标物体的一侧，且投射两束光线到目标物体表面，目标物体表面在相机的视野范围内。所述线性光源投射夹角为30度的两束光线，两束光线在目标物体表面平行。所述目标物体垂直放置。一种基于红外光束的视觉测距方法，包括：目标区域提取；提取目标区域的表面特征，得到两条平行光束的间距；根据两条平行光束的间距，得到线性光源与目标物体的实际距离。所述目标区域提取，具体步骤为：相机标定，得到标定参数，然后获取目标物体的源图像；对源图像进行预处理后进行边缘检测，提取目标物体的外部边框，将外部边框框取源图像得到目标区域。所述提取目标区域的表面特征，得到两条平行光束的间距，具体为：计算目标物体上、下端点距离；提取目标区域的线段，并将所有线段存储在一个向量组V1(v1,v2,...vi,...vn)中；筛选出向量组V1中的水平线段，并存入向量组V2；在向量组V2中提取目标区域的光束线段，进一步得到两条光束线段的间距。所述根据两条平行光束的间距，得到光源与目标物体的实际距离，采用如下公式计算：其中，R表示目标物体与线性光源的距离，S是目标物体的顶端到底端的实际距离，θ为光束间的夹角，L为图像上光束的间距，D为图像中目标物体的上下边距。所述计算目标物体上、下端点距离，具体为：提取目标物体外部边框的所有线段，将所有线段的端点的垂直分量存入向量A(Y1,Y2,Y3...Yi...Yn)中；对向量A中的垂直分量进行排序，得到Y分量的最大值Ymax和最小值Ymin，得目标物体上下端间距D＝|Ymax-Ymin|。所述在向量组V2中提取目标区域的光束线段，具体为：剔除顶端和底端的干扰线段，具体是十个像素点范围内的线段都视为边沿线段，剔除；将剩余线段中长度小于1/3目标区域宽度的线段全部剔除，得到光束线段。所述两条光束线段的间距，具体是：将得到的光束线段的端点Y分量均值存入一个向量中，然后求向量中的最大值Ymax与最小值Ymin，算出光束线段的间距L＝Ymax-Ymin。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术在目标物体表面投射平行激光，通过计算光束间距与目标上下边沿尺寸的比例来得到物体与光源的距离，该方法硬件简单、成本低廉、测量效率高。(2)本专利技术有很强的使用性，其对拍摄背景要求不高，且硬件结构简单可移植性高，在工业环境下有很大的推广价值。附图说明图1是本专利技术的装置结构示意图；图2是本专利技术的工作流程图；图3是本专利技术的目标区域线段示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例如图1及图2所示，一种基于红外光束的视觉测距系统，包括相机1、线性光源2及目标物体5，本实施例中，目标物体垂直水平面放置，线性光源及相机均设在目标物体的同一侧，线性光源投射夹角θ＝30度的两束光线3，两束光线在目标物体表面平行，目标物体表面在相机的视野范围内。采用上述装置实现的视觉测距方法，具体为：S1目标区域提取S1.1相机标定：在本方法中需要在图像中提取线段，并计算线段间的距离如图3中表面平行激光线段的间距。所以相机的畸变会对测量结果的精度产生巨大影响，本实施例使用OpenCV进行相机标定，得到标定参数后对源图像进行校正来提高测量精度。S1.2获取源图像，打开相机获取包含平行光线的源图像；S1.3提取目标区域：用高斯滤波对源图像进行滤波，去噪后再用canny算子对图像进行边缘检测，提取出目标物体的外部边框，利用这个外部边框在未经滤波的源图中框取目标区域。因为滤波会丢失图像表面细节，所以提取目标物体表面特征时要用未经滤波处理的源图。S2提取目标区域的表面特征，得到两条平行光束的间距，具体为：S2.1计算目标物体上、下端点距离9，由于目标物体是规则或者不规则图形，上、下端点是图像上目标物体的最高点与最低点。在S1.3中用canny算子得到的边框即为图像中目标物体的边沿，所以可以从边框中寻找物体的上下端点，并且上下端点一定在边框线段的端点上，具体步骤为：S2.1.1提取外部边框的所有线段，如图3中4、6、10；S2.1.2将所有线段的端点的垂直分量即Y分量存入一个向量A(Y1,Y2,Y3...Yi...Yn)中。S2.1.3用C++的内置排序函数sort向量排序，得到Y分量的最大值Ymax和最小值Ymin,由此可得目标物体上下端间距D＝|Ymax-Ymin|。S2.2提取目标区域的线段：对目标区域进行灰度化处理，得到灰度图像后再用霍夫函数提取目标区域的所有线段如图3中的11、12，并将所有线段存储在一个向量组V1(v1,v2,...vi,...vn)中。S2.3筛选出所有水平线段：每条线段由其两个端点组成，而每个端点又由两个分量X、Y组成。筛选原理为计算出V1中的每条线段vi端点的水平分量差值|X1-X2|和垂直分量差值|Y1-Y2|，然后根据水平线段的水平分量差值|X1-X2|大，而其垂直分量|Y1-Y2|很小来筛选出水平线段并存入新的向量V2(v1,v2,...vi,...vn)中。2.4提取目标区域激光线段：筛除掉上下端可能出现的线段再提取目标区域的激光线段。目标物体表面存在划痕以及图像的噪声干扰，由于激光横跨整个物体表面，所以筛选出剩余线段中最长的两条就是要提取的激光线段。但提取过程中也往往存在各种干扰影响激光线段的提取。2.4.1剔除顶端和底端的干扰线段，由于目标区域中提取的线段并非都是严格水平的，所以对顶端与底端的十个像素点范围内的线段都视为边沿线段，给予排除。2.4.2根据长度差异提取出激光线段，由于目标物体表面划痕、噪音干扰造成的线段普遍很短且不水平，所以可以通过长度条件筛除这些干扰。将剩余线段中长度小于1/3目标区域宽度的线段全部祛除。图3中所示，表面激光线段在图像中往往表现为连续且长度大于1/3的目本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于红外光束的视觉测距系统，其特征在于，包括相机、线性光源及目标物体，所述线性光源设置在目标物体的一侧，且投射两束光线到目标物体表面，目标物体表面在相机的视野范围内。

【技术特征摘要】
1.一种基于红外光束的视觉测距系统，其特征在于，包括相机、线性光源及目标物体，所述线性光源设置在目标物体的一侧，且投射两束光线到目标物体表面，目标物体表面在相机的视野范围内。2.根据权利要求1所述的视觉测距方法，其特征在于，所述线性光源投射夹角为30度的两束光线，两束光线在目标物体表面平行。3.根据权利要求1所述的视觉测距方法，其特征在于，所述目标物体垂直放置。4.一种基于权利要求1-3任一项所述的视觉测距系统的方法，其特征在于，包括：目标区域提取；提取目标区域的表面特征，得到两条平行光束的间距；根据两条平行光束的间距，得到线性光源与目标物体的实际距离。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述目标区域提取，具体步骤为：相机标定，得到标定参数，然后获取目标物体的源图像；对源图像进行预处理后,进行边缘检测，提取目标物体的外部边框，将外部边框框取源图像得到目标区域。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述提取目标区域的表面特征，得到两条平行光束的间距，具体为：计算目标物体上、下端点距离；提取目标区域的线段，并将所有线段存储在一个向量组V1(v1,v2,...vi,...vn)中；筛选出向量组V1中的水平线段，并存入向量组V2；在向量组V2中提取目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜娟，邱海涛，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44