基于线阵相机立体视觉的金属表面缺陷检测方法技术

本发明专利技术提供一种基于线阵相机立体视觉的金属表面缺陷检测方法，包括以下步骤：采用共享光源或者共面光源照射的方式，通过设置多个线阵相机获取不同视角的待测金属表面图像；通过立体匹配计算所述待测金属表面深度以及运动速度，同时确定所述待测金属表面任一点在所述线阵相机采集图像中的灰度对应关系；根据灰度对应关系计算所述待测金属表面的法向角度，通过所述待测金属表面法向角度和深度立体信息与二维灰度图像的融合，对金属表面的缺陷进行检测。本发明专利技术适用于实际情况下金属表面深度以及法向立体信息的可靠提取，有利于更好的区分缺陷和伪缺陷，提高金属表面缺陷检测的准确性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于线阵相机立体视觉的金属表面缺陷检测方法
本专利技术涉及表面缺陷检测方法的
，具体而言，尤其涉及基于线阵相机立体视觉的金属表面缺陷检测方法。
技术介绍
金属表面缺陷对金属板带质量有重要影响。受原材料、轧制工艺、系统控制等因素影响，金属表面缺陷，如裂纹、划痕、辊印、结疤、夹杂等，不仅对金属板材的耐磨性、抗疲劳性、抗腐蚀性和电磁特性有不同程度影响，还可能造成生产上断带、停车等严重事故发生，对生产企业造成不可估计的经济和信誉损失。因此，各国生产企业对金属表面质量的检测都十分重视，不惜花费巨资改进检测技术、提高检测水平。基于机器视觉的金属表面缺陷在线检测技术是金属板材生产线表面质量监控的重要先进手段与技术。对于金属表面缺陷检测方法，主要有人工目测检测、漏磁检测和基于机器视觉的在线检测。现有的人工目测检测存在时间成本高和抽样覆盖率低等问题。漏磁检测对不同缺陷的敏感程度不一，漏检率较高，而且受多种条件限制许多场合不能应用。基于机器视觉的在线检测可以进行实时、全连续、全覆盖的金属表面质量检测，受到生产企业的广泛关注以及得到大量应用。基于机器视觉的金属表面缺陷检测一直存在缺陷误检率高的难点。金属表面存在大量的氧化铁皮、水迹等伪缺陷干扰，与划痕、裂纹、辊印等真实缺陷在二维图像中非常相似，导致误检率居高不下。研究发现，真实缺陷大多具有表面三维形态特征，而大量的伪缺陷是平面的、没有表面深度信息。为降低误检率，公开号为CN102830123B和CN103913465B的专利提出一种基于光度立体的金属表面缺陷三维检测方法：采用单台彩色三CCD线阵摄像机和红、绿、蓝三台不同角度投射的条形光源，从摄像机采集到的彩色图像分离出R(红)、G(绿)、B(蓝)通道图像，分别对应红、绿、蓝光源的反射光强度分布，计算表面倾角，从而获取表面三维形态特征。该技术方案由于采用不同颜色光源照射的方式，在计算倾角时需要金属表面满足理想灰体这个前提条件，偏离越大则倾角计算误差越大。实际上，金属表面根本无法满足理想灰体这一条件，因此，该技术方案存在着金属表面三维立体信息获取不准确的问题。
技术实现思路
根据上述提出着金属表面三维立体信息获取不准确的技术问题，而提供一种基于线阵相机立体视觉的金属表面缺陷检测方法。本专利技术主要利用一种基于线阵相机立体视觉的金属表面缺陷检测方法，包括以下步骤：步骤S1：采用共享光源或者共面光源照射的方式，通过设置多个线阵相机获取不同视角的待测金属表面图像；步骤S2：通过立体匹配计算所述待测金属表面深度以及运动速度，同时确定所述待测金属表面任一点在所述线阵相机采集图像中的灰度对应关系；步骤S3：根据灰度对应关系计算所述待测金属表面的法向角度，通过所述待测金属表面法向角度和深度立体信息与二维灰度图像的融合，对金属表面的缺陷进行检测。更进一步地，所述线阵相机均设置于所述待测金属表面的同一侧，且沿待测金属板材的运动方向前后布置；所述线阵相机的视角均朝向且所述待测金属表面相互之间不平行。进一步地，所述线阵相机视角之间的夹角为20～150°。进一步地，所述线阵相机为普通线阵相机或者时间延时积分线阵相机。更进一步地，所述线阵相机在所述待测金属表面的视场位置处，通过共享同一光源或者多个与线阵相机相对应的共面光源对所述待测金属表面进行投射。进一步地，当所述线阵相机在金属表面的视场位置相同时，通过共享同一LED条形、线型光源或者激光光源，所述共享光源沿垂直于金属板材运动方向向所述待测金属表面投射。进一步地，当所述线阵相机在金属表面的视场位置不同时，通过多组相同类型的共面光源，所述共面光源采用LED条形、线型光源或者激光光源；所述多组相同类型的共面光源与所述线阵相机配合使用，所述每组共面光源沿与之配合的线阵相机成像平面向所述待测金属表面投射。更进一步地，所述待测金属表面深度计算方法为：h＝(S-S0)/(tgα+tgβ)；其中，h表示金属板材表面高度，S表示金属板材表面任一点经立体匹配后在两台线阵相机采集图像中的像素位置差异，S0表示基准高度对应位置差异，α和β分别表示两台线阵相机视角朝向与垂直于板材运动方向之间的夹角。进一步地，所述待测金属表面法向立体角度的计算方法为：(1)当两台线阵相机在金属表面视场位置基本相同且共享同一光源垂直投射金属表面时：θ＝(β-α)/4+(α+β)(1/2-1/π·arccos((|I2-I1|/k)1/n))sign(I2-I1)；(2)当两台线阵相机在金属表面视场位置不同且共面光源投射平面与相应线阵相机成像平面重合时：θ＝(β-α)/2+arctg((I2-I1)/(I2+I1))；其中，θ表示金属表面法向角度计算值，α和β分别表示线阵相机视角朝向与垂直于板材运动方向之间的夹角，I1和I2分别表示金属表面任一点在线阵相机采集图像中对应的灰度，k和n表示金属表面镜面反射系数，根据金属表面粗糙程度统计确定。更进一步地，根据立体匹配后金属板材表面任一点在两台线阵相机采集图像中的像素位置差异，本专利技术的金属板材运动速度计算方法是：V＝Pf/S；其中，V表示待测金属板材运动速度，P表示线阵相机在金属板材表面的视场距离，f表示线阵相机的采样行频，S表示待测金属板材表面任一点经立体匹配后在线阵相机采集图像中的像素位置差异。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术适用于实际情况下金属表面深度以及法向立体信息的可靠提取，有利于更好的区分缺陷和伪缺陷，提高金属表面缺陷检测的准确性和可靠性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的相机布置方式示意图。其中，(a)为线阵相机视角相对，对准金属表面同一位置；(b)为线阵相机视角相对，对准金属表面不同位置；(c)为线阵相机视角相背，对准金属表面不同位置。图2为本专利技术的光源与相机配合方式示意图。其中，(a)为相机对准金属表面同一位置，采用共享光源；(b)为相机对准金属表面不同位置，采用共面光源，且共面光源与相机成像平面重合；(c)为相机对准金属表面不同位置，采用共面光源，且共面光源与相机成像平面重合。图3为本专利技术的表面深度计算示意图。其中，(a)为表面下凹时，先进入相机2视野，后进入相机1视野；(b)为表面上凸时，先进入相机1视野，后进入相机2视野。图4为本专利技术的表面法向立体角度计算示意图。其中，(a)为相机对准金属表面同一位置，共享光源；(b)为相机对准金属表面不同位置，共面光源c。图5为本专利技术的缺陷识别及定位算法流程示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于线阵相机立体视觉的金属表面缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：采用共享光源或者共面光源照射的方式，通过设置多个线阵相机获取不同视角的待测金属表面图像；/nS2：通过立体匹配计算所述待测金属表面深度以及运动速度，同时确定所述待测金属表面任一点在所述线阵相机采集图像中的灰度对应关系；/nS3：根据灰度对应关系计算所述待测金属表面的法向角度，通过所述待测金属表面法向角度和深度立体信息与二维灰度图像的融合，对金属表面的缺陷进行检测。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于线阵相机立体视觉的金属表面缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采用共享光源或者共面光源照射的方式，通过设置多个线阵相机获取不同视角的待测金属表面图像；
S2：通过立体匹配计算所述待测金属表面深度以及运动速度，同时确定所述待测金属表面任一点在所述线阵相机采集图像中的灰度对应关系；
S3：根据灰度对应关系计算所述待测金属表面的法向角度，通过所述待测金属表面法向角度和深度立体信息与二维灰度图像的融合，对金属表面的缺陷进行检测。


2.根据权利要求1所述的基于线阵相机立体视觉的金属表面缺陷检测方法，其特征在于：
所述线阵相机均设置于所述待测金属表面的同一侧，且沿待测金属板材的运动方向前后任意布置；只要满足所述线阵相机的视角均朝向待测金属表面且所述线阵相机视角之间不平行。


3.根据权利要求1所述的基于线阵相机立体视觉的金属表面缺陷检测方法，其特征在于：所述线阵相机视角之间的夹角为20～150°。


4.根据权利要求1所述的基于线阵相机立体视觉的金属表面缺陷检测方法，其特征在于：所述线阵相机为普通线阵相机或者时间延时积分线阵相机。


5.根据权利要求1所述的基于线阵相机立体视觉的金属表面缺陷检测方法，其特征在于：所述线阵相机在所述待测金属表面的视场位置处，通过共享同一光源或者多个与线阵相机相对应的共面光源对所述待测金属表面进行投射。


6.根据权利要求1所述的基于线阵相机立体视觉的金属表面缺陷检测方法，其特征在于：当所述线阵相机在金属表面的视场位置相同时，通过共享同一LED条形、线型光源或者激光光源，所述共享光源沿垂直于金属板材运动方向向所述待测金属表面投射。


7.根据权利要求1所述的基于线阵相机立体视觉的金属表面缺陷检测方法，其特征在于：当所述线阵相机在金属表面的视场位置不同时，通过多组相同类型的共面光源，所述共面光源采用LED条形、...

【专利技术属性】
技术研发人员：何庆，谢植，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21