一种线激光相机的自主调节方法及设备技术

本发明专利技术提供了一种线激光相机的自主调节方法及设备，涉及工业机器视觉3D测量领域，包括以下步骤：采集图片，处理图像信息，得到激光线宽的平均值；判断激光线宽的平均值是否在目标线宽范围内，若在目标线宽范围内，则调节结束；若不在目标线宽范围内，则计算目标线宽与激光线宽的平均值的差值，并根据该差值按照预设函数调节曝光时间和/或信号增益；更新调整相机的参数后，重复上述步骤，直到激光线宽的平均值在目标线宽范围内，则当前参数值为最优参数，结束自适应控制过程；若调节失败，结束自主调节过程。该自适应控制方法可根据实际测量环境和被测量物体状态，将线激光相机自动调整到最合适的曝光时间和投影亮度。到最合适的曝光时间和投影亮度。到最合适的曝光时间和投影亮度。

【技术实现步骤摘要】
一种线激光相机的自主调节方法及设备


[0001]本专利技术属于工业机器视觉3D测量领域，特别是涉及一种线激光相机的自主调节方法及设备。

技术介绍

[0002]物体表面三维数据信息一般通过接触式或者非接触式测量方法获取，传统接触式测量精度低，测量不准确，且容易损伤被测物体，因此，非接触式测量为目前常用的测量方法。其中，应用线激光视觉系统获取三维数据是非接触式测量中应用最广泛的方法之一。
[0003]线激光相机是由相机与激光线投射器组成的测量仪器。线激光相机的原理是：由线激光发射器向被测物体投射出激光平面，激光平面与被测物体表面相交为一条光亮的曲线，该曲线上的每一个点包含该点的三维位置信息，物体表面反射激光，相机镜头接收物体漫反射的光在CMOS成像，当物体的位置发生改变时，其在相机上所成的像也随之发生改变，由于激光发生器和相机之间的相对位置不变，因此相机拍摄得到的二维像点坐标，可根据三角测量法通过建立相应的数学模型，得到对应的三维物点坐标，获取物体实际高度信息。利用线激光对被测物体表面进行扫描后，对相机采集到的线激光扫描图像进行处理和计算，就得到了大量物体表面的深度信息数据点，这些点就构成了表面三维点云数据。通过对这些点云数据的分析和处理，将其可视化展现，重建物体表面的三维轮廓，在此过程中会涉及到三维点云的重建、点云采样等等。
[0004]目前线激光相机已被广泛应用于测量和定位过程。线激光相机具有非接触、精度高、速度快、不依赖外部光源等优点，由于激光具有良好的单色性，因此该测量方法很少受到物体表面纹理或者颜色的影响，测量稳定。在相机拍摄过程中，由于物体的表面材质、放置位置、拍摄角度等的不同会导致反射率的不同。在目标和背景亮度变化比较大的环境下，相机获得的图像容易饱和或者亮度不够，为了获取清晰的激光线图像，通常根据不同物体表面的反射率，调整相机的曝光时间或信号增益，将图像调整至期望值。当待测物体表面具有较大的反射率时，一般使用较小的曝光时间或信号增益；当待测物体表面具有较小的反射率时，一般使用较大的曝光时间或信号增益。
[0005]专利申请CN201410121046.9公开了一种EMCCD增益自动调节方法，计算并判断采集到的图像的亮度均值是否处于最佳亮度区间，若当前帧图像亮度均值处于最佳亮度区间内，则对当前帧图像的光照条件进行判断并根据判断结果调整EMCCD相机拍摄下一帧图像的曝光时间，若未处于最佳亮度区间内，则根据当前帧图像的亮度均值对当前帧图像的增益情况进行判断，并根据判断结果调整EMCCD相机拍摄下一帧图像的曝光时间；然后计算出拍摄下一帧图像的增益值，实现对下一帧图像的亮度调节。该专利技术根据亮度均值与阈值的差距，动态预测灰度均值，从而获得下一帧图像可能具有的亮度均值，进一步计算增益值，提升了图像的局部细节，但调节时间长，仅考虑相机增益调节，未考虑搞曝光时间调节，调节效果一般。
[0006]现有技术中，主要依靠人工经验调整相机的曝光时间及信号增益，将图像调整至
期望值，这需要对从业人员进行单独的训练，需要消耗较高的人力成本及时间成本。同时，传统的自动曝光算法，采用固定步长调整曝光或信号增益，使成像的亮度逼近理想值，此时固定步长的大小取值尤为重要，但过短的步长会增加曝光时间，极大增加调节时间成本，而过长的步长可能会导致调节不收敛使得曝光值始终不能落入所设定的曝光范围内而出现图像明暗都懂得情况，影响实际效果。
[0007]因此采用此种调节方法无法使图像及时、准确地曝光而影响图像效果，需要设计一种快速自动地自主调节方法解决上述问题。

技术实现思路

[0008]基于以上问题，本专利技术公开了一种线激光相机的自主调节方法及设备。主要解决不同应用场景难以高质量成像的问题，可以协同调节曝光时间、信号增益，实现不同反射率目标物体的曝光自适应控制，并采用动态步长减少调节时间。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0010]一种线激光相机的自主调节方法，包括以下步骤：
[0011]S1、采集图片，处理图像信息；
[0012]S2、根据图像信息，得到激光线宽的平均值；
[0013]S3、判断激光线宽的平均值是否在目标线宽范围内，若在目标线宽范围内，则调节结束；若不在目标线宽范围内，则进入步骤S4；
[0014]S4、计算目标线宽与激光线宽的平均值的差值，并根据该差值按照预设函数调节曝光时间和/或信号增益；
[0015]其中设定目标线宽为M，设定N值为补偿值，则选定目标线宽范围为(M
‑
N,M+N)，在S2中所测得的激光线宽的平均值为X，其中M、N、X均为正实数。则其差值Err为：Err＝M
‑
X。
[0016]S5、更新调整相机的参数后，重复上述S1
‑
S4，直到激光线宽的平均值在目标线宽范围内，则当前参数值为最优参数，结束自适应控制过程；若调节失败，则发出异常警告，结束自主调节过程。
[0017]优选地，获取激光线宽平均值的具体操作为统计图像中每列过曝点的数量并计算全图过曝点数的均值。
[0018]优选地，过曝点的判断方法为：当像素点的值等于225时，该像素点记为过曝点；计算全图过曝点数均值的具体方法为：将图像中具有过曝点的列数记为Col，图像中过曝点的数量记为Sum，遍历图像的每一列，如果该列有过曝点，则过曝点的列数Col累加1；遍历图像的每一个像素，如果该像素为过曝点，则过曝点个数Sum累加1；
[0019]则全图过曝点数均值Average＝Sum/Col。
[0020]优选地，所述相机的参数包括当前曝光时间CE、曝光上限值MaxE、曝光下限值MinE、当前信号增益CG、增益上限值MaxG、增益下限值MinG，步长值NS。
[0021]优选地，所述步骤S4的具体操作步骤为：
[0022]若激光线宽的平均值与目标线宽的差值为正，则判断所述当前曝光时间CE是否达到所述曝光上限值MaxE，若达到所述曝光上限值MaxE，则判断当前信号增益是否达到所述增益上限值MaxG，若未达到所述曝光上限值MaxE，则进入自动曝光时间下限调节；
[0023]若激光线宽的平均值与目标线宽的差值为负，则判断当前信号增益CG是否达到所
述增益下限值MinG，若达到所述增益下限值MinG，则判断当前曝光时间是否达到所述曝光下限值MinE，若未达到所述增益下限值MinG，则进入自动增益上限调节。
[0024]优选地，所述自动曝光时间下限调节的调节方式为：先调节步长值，再调节曝光下限值及当前曝光时间值，具体为：
[0025]自动曝光时间下限调节中步长值的取值为
[0026]设调节后的曝光下限值为nMinE，则：nMinE＝CE；
[0027]设自动曝光时间下限调节后曝光时间值为NE1，则：NE1＝CE+NS1。
[0028]优选地，所述自动增益上限调节的调节方式为：先调节步长值，再调节增益上限和当前信号增益值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种线激光相机的自主调节方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、采集图片，处理图像信息；S2、根据图像信息，得到激光线宽的平均值；S3、判断激光线宽的平均值是否在目标线宽范围内，若在目标线宽范围内，则调节结束；若不在目标线宽范围内，则进入步骤S4；S4、计算目标线宽与激光线宽的平均值的差值，并根据该差值按照预设函数调节曝光时间和/或信号增益；S5、更新调整相机的参数后，重复上述S1
‑
S4，直到激光线宽的平均值在目标线宽范围内，则当前参数值为最优参数，结束自适应控制过程；若调节失败，则发出异常警告，结束自主调节过程。2.根据权利要求1中所述的一种线激光相机的自主调节方法，其特征在于：获取激光线宽平均值的具体操作为统计图像中每列过曝点的数量并计算全图过曝点数的均值。3.根据权利要求2中所述的一种线激光相机的自主调节方法，其特征在于：过曝点的判断方法为：当像素点的值等于225时，该像素点记为过曝点；计算全图过曝点数均值的具体方法为：将图像中具有过曝点的列数记为Col，图像中过曝点的数量记为Sum，遍历图像的每一列，如果该列有过曝点，则过曝点的列数Col累加1；遍历图像的每一个像素，如果该像素为过曝点，则过曝点个数Sum累加1；全图过曝点数均值Average＝Sum/Col。4.根据权利要求1中所述的一种线激光相机的自主调节方法，其特征在于：所述相机的参数包括当前曝光时间CE、曝光上限值MaxE、曝光下限值MinE、当前信号增益CG、增益上限值MaxG、增益下限值MinG，步长值NS。5.根据权利要求4中所述的一种线激光相机的自主调节方法，其特征在于：所述步骤S4的具体操作步骤为：若激光线宽的平均值与目标线宽的差值为正，则判断所述当前曝光时间CE是否达到所述曝光上限值MaxE：若达到所述曝光上限值MaxE，则判断当前信号增益是否达到所述增益上限值MaxG，若未达到所述曝光上限值MaxE，则进入自动曝光时间下限调节；若激光线宽的平均值与目标线宽的差值为负，则判断当前信号增益CG是否达到所述增益下限值MinG：若达到所述增益下限值MinG，则判断当前曝光时间是否达到所述曝光下限值MinE，若未达到所述增益下限值MinG，则进入自动增益上限调节。6.根据权利要求5中所述的一种线激光相机的自主调节方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓海涛，彭思龙，汪雪林，顾庆毅，
申请(专利权)人：苏州中科全象智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：