一种工业激光三角测量与高速图像存储系统技术方案

本实用新型专利技术针对机器视觉、自动加工、工业在线检测、产品质量控制、实物仿形(逆向工程)和生物医学等领域的应用要求，研制了一套高速高精度的工业激光三角测量与高速图像存储系统。该系统包含一个新型的激光三角测量子系统和一个高速图像实时存储子系统，可高速、高精度地实时显示被测物体的3D轮廓线数据，并进行三维重构，实时显示被测物体的三维图像；同时高速图像实时存储子系统可实现海量数据高速、无损、不丢帧地实时存储。?（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种高速高精度的工业激光三角测量与高速图像存储系统，属于 非接触式精密测量领域。
技术介绍
近年来，随着机器视觉技术和光电技术的发展，激光三角测量等非接触式光电方 法已成为物体三维形貌测量的趋势，用该方法测量时测头不接触被测物表面，所以不会划 伤被测物的表面，且测量速度快、精度高，在机器视觉、自动加工、工业在线检测、产品质量 控制、实物仿形(逆向工程)和生物医学等领域有着广泛需求。国内现有激光三角测量设 备存在不足之处，或者根本不具备实时存储二维OD)图像数据的能力，仅能输出3D数据， 而且精度较低；或者虽然能进行存储2D图像数据，但是存储速度较慢，一般用户很难接受。
技术实现思路
本技术克服了以上缺点，在一台工控机上完美地实现了高速高精度激光三角 测量以及高分辨率、超大数据量图像的实时高速存储。一种工业激光三角测量与高速图像 存储系统，其特征在于包括由一台激光器，一台高速相机和一套配有图像采集卡的工控机 构成的激光三角测量系统和由一块读写控制卡、一套内置的Flash存储器阵列和一块图像 采集卡构成的图像高速存储系统。工业激光三角测量与高速图像存储系统包括一台内置高 速Flash阵列存储器的工控机，一台CamLink高速相机，一台激光器，一块用户可FPGA编程 的高速CamLink采集卡以及激光三角测量软件和实时存储控制软件。该系统是一套完整的 高速激光三角测量和图像实时存储系统，该系统实现了最快输出每秒160，000条轮廓线数 据、高达每秒650兆字节的高速图像数据采集、长时间的持续、实时存储，高速、高分辨率相 机捕获的数字图像不压缩、无损的直接保存到内置高速Flash阵列存储器上，保证用户可 以得到高品质的无失真图像。非常适用于科学研究，过程控制，运动分析等场合的需要，独 有的内置高速Flash阵列存储器以及独到的高速写入算法保证海量图像数据在保存过程 中绝无丢失。并且工业激光三角测量与高速图像存储系统在设计时就考虑到了让用户使用 软件时尽可能的简便，存储软件的人机界面中的菜单非常方便用户掌握和使用，同时，软件 集成了相机配置、控制，计算机系统设置、配置，存储图像的回放，暂停，快进，快退以及AVI 文件生成输出等功能。尽管工业激光三角测量与高速图像存储系统是为高速图像采集设计 的复杂完善的应用软件，但它的人机界面中所包括类似录像机操作键的控制按钮，中文化 的菜单和对话框等都非常方便用户掌握和使用。本技术和现有技术相比，具有的特点为1.测量速度快2.测量精度高1/64亚像素的高精度能满足绝大多数科研项目的精度要求3.提供多种测量方式，可灵活选择(1) 3D模式。仅输出被测工件的轮廓线数据(3D数据)，不保存2D图像数据。Q)2D+3D模式不仅输出被测工件的轮廓线数据，同时保存2D图像数据。4.海量长时间存储图像数据高速Flash阵列存储器容量高达960GB，超长存储时间。(1)3D 模式230 小时(8*160k = 1280k = 1. 2M*3600 = 4320M = 4. lG/h)(2) 2D+3D 模式25 分钟5.数据实时存储速度高650MB/S，几乎到达现有PC机总线数据传输速度的上限。6.数据存储可靠长时无损记录图像数据，不丢帧。除上述性能指标外，系统还具有以下特点.ffindows2000/XP下实时记录高速数字图像序列到工控机的专用高速Flash阵列 存储器中。·支持从CamLink Base, Medium或Full的黑白或彩色的各种高分辨率、高速数字 相机获取图像，相机的选择取决于用户具体的应用要求。·采集不压缩的无损图像直接保存到高速Flash阵列存储器中，可根据存储的实 际要求配置不同容量的存储器来实现每秒650兆字节高速图像数据的持续无损记录，可 实现从几分钟到数小时的海量数据高速存储。·可导出生产通用的BMP图像格式文件，以及AVI (有损或无损)视频文件。·采用类似录像机的录像，回放，暂停，快进，快退等控制按钮轻松完成对已经记录 下的图像序列的检索和浏览定位。·可精确保存每帧图像所对应的记录时间。 可以实现多个相机的同步、同时采集记录。·可以实现网络控制和外触发图像采集，多相机同步采集。·支持长延时的图像采集录制， 存储的图像序列文件的大小没有限制。(比如，其他系统可能单个文件不能大于 2GB)。·软件可方便的升级，它的人机界面采用中文菜单和对话框等都非常方便用户掌 握和使用。附图说明表1为不同分辨率下系统测量速度表表2为采集状态栏图1为3D激光三角测量子系统示意图图2为在传送带上用线激光扫描法进行工件三维形貌测量示意图图3为用线激光扫描法测量工件轮廓尺寸的过程中传感器某时刻图像图4为拍摄到的激光线图像及局部放大图图5为图像某一行激光线附近区域灰度值的高斯分布图图6为依据激光线附近区域像素点的灰度值进行高斯拟合与插值图7为弱干扰条件下拍摄图像中某行像素的亮度分布图图8为强干扰条件下拍摄图像中某行像素的亮度分布图图9为系统硬件连接结构图图10为相机和镜头连接图图11为相机和采集卡连接图图12为激光3D测量系统安装图图13为运行工业激光三角测量与高速图像存储系统后出现的相机选择界面图14为高速采集和存储界面图15为相机参数设置界面图16为窗口选择界面图17为缓存设置界面具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步说明本技术工业激光三角测量与高速图像存储系统主要组成部分如下1.高速相机，可选择现有德国、美国、瑞士等国的多款高速相机型号。2.用户可FPGA编程的高速图像采集卡。3. CameraLink电缆。用于连接相机与采集卡。4.内置高速Flash阵列存储器的工控机。5.图像实时采集、激光三角测量软件和高速存储控制软件。按照功能划分，工业激光三角测量与高速图像存储系统可分为激光三角测量子系 统和高速存储子系统两部分。以图1为例来说明激光三角测量子系统的工作原理一个激光三角测量子系统包括一台激光器，一台高速相机和一套配有图像采集卡 的工控机。当激光光源为线状(线激光)时，可以测量传送带上工件的外形轮廓尺寸，如图2 所示。不难想象，工件的高度信息可以通过传感器图像中X方向激光斑的偏移量得到， 这个值的大小与物体的高度成正比。在图3中偏移量ΔΧ值对应着物体相应的表面位置点距离参考面的高度，于是传 送带上物体当前截面的轮廓数据可以通过测量ΔΧ1、ΔΧ2、……等线段长度的方法得到。图3中的表示物体当前截面轮廓线的红色实线其实是有一定宽度的，若要精确得 到图3中偏移量ΔΧ的数值，必须先找出该红色粗实曲线的骨架(即对粗实曲线进行细化， 确定粗实线的中心曲线的精确位置)。为此，我们提出一种高精度抗干扰峰值检测算法，采 用自纠错机制和高精度的插值模型，可以有效地剔除图像中其它干扰亮斑。该算法植入图 像采集卡的FPGA中，可以快速准确地解算出真正的截面轮廓数据。图4到图8阐释了该峰值检测算法原理图4左侧部分为相机拍摄的整幅二维图像，右侧部分为某段激光线所在区域的局 部放大图，图5所示为该局部放大图中某行像素点光强(灰度)的高斯分布图。图6示意了该波峰的几个主要参数(峰值坐标、峰值品质和波峰宽度)，解算过程有三步首先用插 值方式得出该波峰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业激光三角测量与高速图像存储系统，其特征在于：包括由一台激光器，一台高速相机和一套配有图像采集卡的工控机构成的激光三角测量系统和由一块读写控制卡、一套内置的Ｆｌａｓｈ存储器阵列和一块图像采集卡构成的图像高速存储系统，读写控制卡和图像采集卡安装在工控机的两个插槽中，Ｃａｍｌｉｎｋ线一端连接高速相机，一端连接图像采集卡，激光器和高速相机构成三角测量关系，激光器发射的激光线由高速相机探测到，高速相机采集的数字图像信息通过Ｃａｍｌｉｎｋ线传输到图像采集卡，由图像采集卡进行传输和分配，激光线的轮廓信息由内置于高速相机的激光三角测量模块进行峰值提取，提取的峰值坐标通过内置于工控机中的一套图像高速存储系统进行实时存储。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹建军，
申请(专利权)人：北京汇力城技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11