一种成像装置及其带材检测方法

专利名称：一种成像装置及其带材检测方法
技术领域：
本发明涉及测量技术，具体说就是一种成像装置及其带材^f企测方法。
(二) 背景^支术
基于机器视觉的表面缺陷在线检测系统已经成功运用于各种连 续带材生产线，如带钢、铝箔、铜箔、纸张、塑料和纺织品等，可以 实现对这些带材表面缺陷的实时、高效检出。该类型的检测设备大多 依托高速摄像机在生产线上连续拍摄材料的图像，用以分析是否存在 缺陷以及存在何种缺陷，比如宽度缺陷(超宽和窄尺)和对中信息， 以及孔洞和边裂等缺陷。
在高速运动的带材生产线上，视觉成像系统大多采用线扫描摄像 机。根据要拍摄带材宽度及摄像机分辨率的不同，需要不同数量的摄 像机来并列和并行拍摄。当带材宽度大于一个摄像机视野的时候，宽
度测量需要通过两个摄像机拍摄带材边界图像共同来确定。从图1中
可以看出，要获得带材的物理宽度丄，可以根据如下公式计算(1):
丄二『一Z^xi es丄一i:2xi esi (1)
其中，『是带材指定宽度， 一般指相机的视野宽度；w^L为左边 图象分辨率；i e^ 为右边图象分辨率。 现有技术存在如下缺陷
由于线阵摄像机在编码器的触发下工作，不同相机的触发信号不
3能保证严格的同步，将可能造成采集图像不同步，且图像在传输过程 中可能存在延迟，使丄;和丄2的测量数值不严格在带材的同一长度位 置上，造成计算的带材宽度存在误差。
(三)

发明内容
本发明的目的在于提供一种能够准确检测带材宽度的成像装置 及其带材检测方法。
本发明的目的是这样实现的:所述的成像装置是由第一类反射平 面镜l、第二类反射平面镜2、带材3和摄像机4组成的；第一类反 射平面镜1位于带材4上方、第二类反射平面镜2位于带材4上方且 与第一类反射平面镜1平行，摄像机4设置在第二类反射平面镜2上 方。
本发明所述的带材;险测方法如下
(1 )光源发出的、经带材边界的光顺序经由第一类反射平面镜、 第二类反射平面镜反射到摄像机；
(2) 摄像机接收光源发出的、从第二类反射平面镜反射的经带 材左右边界的光，对带材成像； '
(3) 获取摄像机所成图像中白色点亮部分的宽度；根据所获取
的白色点亮部分的宽度和摄像机的图象分辨率，获得带材宽度。
本发明 一种成像装置及其带材检测方法，所述的成像装置中采用 了第一类反射平面镜和第二类反射平面镜，通过对光源产生的、经带 材边界的光线进行反射，以保证经带材左右边界的光线能够分布在一 个摄像机的视野内，避免了采用多个摄像机所引起的采集图像不同步 的问题，能够准确地检测带材宽度。
(四)


图1为现有技术提供的带材检测示意图2为本发明一种成像装置及其带材检测方法示意图3为本发明的摄像机直接接收带材左边界光线的带材检测方法示意图。 具体实施例方式
下面结合附图举例对本发明作进一步说明。
实施例1，结合图2,本发明一种带材;险测方法原理如下先对 带材物理宽度丄与带材指定宽度r相同和不同时，带材图象作简要 介绍如果带材物理宽度L恰好等于带材指定宽度『时，带材物理 宽度丄左右两个边界位置与相机视野边界重合，所以整个模拟带材图 像为黑色，可以用阴影表示；如果带材物理宽度￡小于带材指定宽度 『时，带材物理宽度丄左右边界在摄像机视野内，成像与带材指定宽 度为『时相比，图像左右边界有丄/和丄2的差别，所以光源产生的、 经带材边界的光线经两组反射平面镜反射后输入到摄像机内，使带材 图像的两侧为白色点亮部分。
本发明一种成像装置，包括分别位于带材上方左侧和右侧的第 一左侧反射平面镜I和第一右侧反射平面镜I'、分别与第一左侧反射 平面镜和第一右侧反射平面镜平行的第二左侧反射平面镜II和第二 右侧反射平面镜n'、摄像机；图2中虚线箭头表征被带材遮住部分的 虛拟光线，直线箭头代表光源直接摄入相机的光线，细虚线箭头表征 带材边界的分界线。
第 一左侧反射平面镜i和第 一右侧反射平面镜r分别与带材平面
成45°角、面向带材且平行带材的运动方向，并接收光源发出的、 经带材左边界、右边界以外的光线，将所接收的光线分别反射到第二 左侧反射平面镜II和第二右侧反射平面镜n';第二左侧反射平面镜
ii和第二右侧反射平面镜n'分别将所接收的光沿垂直带材平面方向 反射到摄像机。
其中，第一左侧反射平面镜i和第一右侧反射平面镜r分别与带
材平面所成的角度并不限于45° ,也可以是其他角度，比如30° ， 60° ，不影响本发明的实现。
第一左侧反射平面镜I和第一右侧反射平面镜I'、第二左侧反射 平面镜n和第二右侧反射平面镜n'位置的确定方式需要考虑带材左边界和右边界的光线分别经过两个平面镜反射，以使其沿带材宽度 方向上往带材中间转移，最终使左右两边界的光线可以分布在 一个摄 亏象才几的^见野内。
摄像机接收来自第二左侧反射平面镜II和第二右侧反射平面镜 II'的光线，对带材成像，其图像如图2所示；其中，带材图像的左右 两侧的白色点亮部分分别是来自第二左侧反射平面镜II和第二右侧
反射平面镜n'直接对光源的光反射所成的像。
实施例2,结合图3，本发明一种摄像机直接接收带材左边界光 线的带材检测方法，其成像装置包括位于带材上方的第一右侧反射 平面镜、位于带材上方且与第一右侧反射平面镜平行的第二右侧反射 平面镜和摄像机；第一右侧反射平面镜，用于接收光源发出的、经带 材右边界的光线，并将所接收的光反射到第二右侧反射平面镜；第二 右侧反射平面镜，用于将第一右侧反射平面镜反射的光沿垂直带材平 面方向反射到摄像机；考虑到摄像机直接接收带材左边界的光，所以 第一右侧反射平面镜和第二右侧反射平面镜的位置确定方式需要考 虑使带材左边界和右边界的光线分布在一个摄像机的视野内。
摄像机接收带材左边界的光线和来自第二右侧反射平面镜的光， 对带材成像，带材图像的左右两侧的白色点亮部分分别是来自带材左 边界外的光线和第二右侧反射平面镜的光线所成的像。
同理，摄像机也可以位于带材右侧的上方，直接接收带材右边界 的光线，而带材左边界的光线顺序通过第一左侧反射平面镜和第二左 侧反射平面镜反射到摄像机内，同样可以实现本发明的目的。
实施例3，本发明一种成像装置及其带材检测方法，是依据所述 的成像装置、边界获取单元和数据处理单元来实现的。
点亮宽度获取单元，用于获取摄像机所成图像中左右两侧的白色 点亮部分的宽度，分别为丄,、4;
带材宽度获取单元，用于利用图像的左侧分辨率AeA( mm/pixel) 和右侧分辨率7 m7 ( mm/pixel),使用如下公式(2),获得带材的物 理宽度丄；<formula>formula see original document page 7</formula> (2)
其中，图像的左侧分辨率7 ey丄(mm/pixel)和右侧分辨率i asi (mm/pixel)可以相同，也可以不用，不影响本发明的实现。
对中误差计算单元，用于获得当前图像中左边界的偏差 <formula>formula see original document page 7</formula>与右边界的偏差<formula>formula see original document page 7</formula>,利用如下/>式(3 )， 计算带材运行过程中的对中误差；<formula>formula see original document page 7</formula> (3)
其中，对中误差是带材中心线与带材生产设备中心线的位置偏 差，对中误差也称为跑偏尺度。
通过以上描述可以得到带材的物理宽度和对中误差，其中，当 丄,二时对中误差为0。
摄像机同时对带材左右边界的光成像，由此测量宽度时不影响对 带材出现的边裂、孔洞等缺陷的检测。同时并列分布其他摄像机，完 成带材宽度方向上其他区域的成像用以缺陷检测，进而完成对整个带 材缺陷的缺陷检测和宽度尺寸的测量。
本发明一种带材检测方法，具体步骤如下
(1) 光源发出的、经物理带材边界以外的光线经第一类反射平 面镜反射到第二类反射平面镜，再由第二类反射平面镜反射到摄像 机；
(2) 摄像机接收光源发出的、经带材左右边界以外的光线，对 带材及边界外区域成像，所述摄像机接收的带材左右边界的光线是经 第二类反射平面镜反射的光线；
(3 )获取摄像机所成图像中左右两侧的白色点亮部分的宽度； 根据所获取的白色点亮部分的宽度和摄像机的图象分辨率，获得带材 宽度；
根据摄像机所成图像中左右两侧的白色点亮部分的宽度，获得当 前图像中左边界的偏差AI, =￡,xi ^L与右边界的偏差 A^:丄,x/ eW，利用公式(3)，计算带材生产过程中的对中误差。
权利要求
1.一种成像装置，它是由第一类反射平面镜(1)、第二类反射平面镜(2)、带材(3)和摄像机(4)组成的；其特征在于第一类反射平面镜(1)位于带材(4)上方、第二类反射平面镜(2)位于带材(4)上方且与第一类反射平面镜(1)平行，摄像机(4)设置在第二类反射平面镜(2)上方。
2. —种带材检测方法，其特征在于(1 )光源发出的、经带材边界的光顺序经由第一类反射平面镜、 第二类反射平面镜反射到摄像机；(2) 摄像机接收光源发出的、从第二类反射平面镜反射的经带 材左右边界的光，对带材成像；(3) 获取摄像机所成图像中白色点亮部分的宽度，根据所获取的白色点亮部分的宽度和摄像机的图象分辨率，获得带材宽度。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种能够准确检测带材宽度的成像装置及其带材检测方法。成像装置是由第一类反射平面镜、第二类反射平面镜和摄像机组成的。第一类反射平面镜位于带材上方、第二类反射平面镜位于带材上方且与第一反射平面镜平行。本发明一种成像装置及其带材检测方法，所述的成像装置中采用了第一类反射平面镜和第二类反射平面镜，通过对光源产生的、经带材边界的光线进行反射，以保证经带材左右边界的光线能够分布在一个摄像机的视野内，避免了采用多个摄像机所引起的采集图像不同步的问题，能够准确地检测带材宽度。
文档编号G02B17/00GK101408408SQ200810137599
公开日2009年4月15日 申请日期2008年11月21日 优先权日2008年11月21日
发明者何永辉, 杨水山, 王康健, 王振龙, 葛志静, 费江华 申请人:哈尔滨工业大学