CN104112140B - 铸坯图像精确定位装置和定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种铸坯图像的精确定位装置和定位方法，装置包括图像处理计算机、工业相机和相机控制器模块，还包括图像定位模块、铸坯位置计算模块、光电管和速度传感器，相机控制器模块按照一定的时序产生相机采集图像的控制信号；所述铸坯位置计算模块，对铸坯位置进行积分计算，光电管检测铸坯的头部与尾部，速度传感器检测铸坯速度，铸坯位置计算模块根据光电管检测的铸坯头部确定铸坯图像的零点，根据速度传感器检测到的铸坯速度，以计算出每个时刻铸坯的位置；图像定位模块记录每个相机触发时刻的铸坯位置，依次排序，并且传送给主计算机。本发明可实现铸坯图像中缺陷的精确定位，并能智能判断图像拼接衔接后的准确性。

Description

铸坯图像精确定位装置和定位方法

技术领域

本发明涉及一种图像检测装置和检测方法，具体说涉及一种图像定位装置和定位方法。

背景技术

在铸坯图像表面质量检测系统中，铸坯图像的位置是非常重要的参数，用于确定每幅图像中缺陷的精确位置，以方便铸坯质量管理，并为后续的高效火焰清理提供精确的位置信息。但铸坯是单块独立的物流，精确定位比连续约束的钢卷困难。

现代的高性能工业相机，大多采用以太网等数字接口，传输时序不确定。对于面阵相机和定时触发的线阵相机，一幅图像从触发开始采集，采集完毕后进入相机内部存储器，然后通过千兆网络、USB或者FireWare等数字传输方式传送到图像处理计算机，操作系统获得完整的图像信息后，最后传送给图像应用程序。整个过程需要比较长的时间，而且传送延时很不确定。由于是单块独立物流，图像处理应用软件无法确定当前获取图像的确切采集时刻，也无法根据铸坯的运动速度确认铸坯的位置；而且铸坯速度经常变化，最终无法满足铸坯图像表面质量检测装置的性能需要。采集的单张图像不能无缝衔接成一块铸坯完整的图像，需要有一定的冗余，这样拼接的图像无法准确地铸坯长度内定位。

目前的铸坯图像辅助检测系统是利用工业相机实现定时采集，连续自动顺序存储，待存储了一定的图像后便自动停止，然后按照等速度、定间距确定图像的位置。但生产中速度不是恒定的，因此这与实际情况相差较远，铸坯速度发生变化时，根本无法正确判断每幅铸坯图像的位置。

在发明名称为“连铸热板坯跟踪装置”的中国实用新型专利申请第200820231801.9号中揭示了一种连铸热板坯跟踪装置，用于实心输送辊且进行外冷的辊道进行热板坯的跟踪中,以减轻现场工作人员劳动强度；但该跟踪装置不是用于铸坯图像与铸坯位置之间的精确对应。

在发明名称为“铸坯位置检测器”的中国发明专利申请第200610047383.3号中揭示一种铸坯位置检测器，用于钢厂连铸生产线铸坯位置检测,以解决钢厂连铸生产线高温区物流跟踪问题,如对辊道铸坯前后、左右或上下横移都可远程监控,精度高、寿命长。但是该铸坯位置检测器也无法解决铸坯图像与铸坯位置之间的精确对应。

在发明名称为“用于相位移光罩的自行对准的对准标记（Self-alignedalignment marks for phase-shifting masks）”的欧洲专利第EP0709735A2号中，介绍了一种在坯子上面标记一批标记，以表征坯子物理位移的方法。

在发明名称为“用于空心混凝土板施工方法的发泡合成树脂嵌入体（FOAMINGSYNTHETIC RESIN EMBEDDED BODY USED FOR HOLLOW CONCRETE SLAB CONSTRUCTIONMETHOD）”的日本专利申请第JP2006322136A号中介绍一种在同一块坯子内部的空洞与坯子本体之间的定位方法，并不是坯子运动过程中，不同时刻的图像与坯子之间的定位关系。

上述方法都不是在工业生产环境中，利用相机采集触发信号精确定位铸坯图像中铸坯的精确位置的技术。目前的铸坯图像检测系统，特别是以太网等数字接口工业面阵相机组成的系统中，由于图像处理软件即图像处理应用程序无法确认每幅图像的触发时刻，即传输时序不确定，就无法通过相机图像确定每幅图像位置,确认当时铸坯位置。

发明内容

本发明的目的是提供一种铸坯图像的精确定位装置和定位方法，可仅仅依靠时序关系精确判定铸坯图像位置，以实现铸坯图像中缺陷的精确定位，并能智能判断图像拼接衔接后的准确性。

根据本发明一方面提供一种铸坯图像的精确定位装置，包括图像采集处理系统和相机控制器模块，所述图像采集处理系统包括图像处理计算机和与所述图像处理计算机相连接的工业相机：其特点是还包括图像定位模块、铸坯位置计算模块和信号检测装置，所述信号检测装置包括光电管和速度传感器；其中，所述相机控制器模块，与所述图像处理计算机和所述工业相机相连接，以按照一定的时序产生相机采集图像的控制信号，以使相机按照要求正常工作；所述铸坯位置计算模块，与所述光电管和速度传感器相连接，用于对铸坯位置进行积分计算，所述光电管检测铸坯的头部与尾部，速度传感器用于检测铸坯速度，所述铸坯位置计算模块根据光电管检测的铸坯头部确定铸坯图像的零点位置，根据速度传感器检测到的铸坯速度，计算出每个时刻铸坯的位置；所述图像定位模块与所述的图像处理计算机、相机控制器模块、铸坯位置计算模块和光电管相连接，以记录每个相机触发时刻的铸坯位置，依次排序，并且传送给主计算机。

所述速度传感器是光电编码器或磁编码器。

所述铸坯位置计算模块，含有铸坯速度脉冲光电隔离、脉冲计数器、I/O光电隔离、MCU控制器及实时通讯接口。

所述图像定位模块包含有实时通讯接口、I/O光电隔离、MCU控制器及接主控计算机的通讯接口。

所述铸坯定位模块与铸坯位置计算模块整合一体。

所述铸坯位置计算模块、图像定位模块和相机控制器模块整合一体。

根据本发明另一方面提供一种铸坯图像的精确定位方法，其特点是通过铸坯图像的精确定位装置实施，所述铸坯图像的精确定位装置，包括图像采集处理系统、相机控制器模块、图像定位模块、铸坯位置计算模块和信号检测装置，所述图像采集处理系统包括图像处理计算机和与所述图像处理计算机相连接的工业相机，所述信号检测装置包括光电管和速度传感器；所述方法包括：

由相机控制器模块产生控制信号，传输给工业相机以触发相机采集图像；

通过工业相机采集图像；

在主控计算机的总体控制下，将相机所获得图像传递给图像处理计算机；

根据光电传感器和速度传感器信号，铸坯位置计算模块通过积分方法计算当前铸坯的准确位置；

在相机采集图像的时刻，图像定位模块接受到采集控制信号，立即记录当时的铸坯位置，并按顺序排放；

将位置信息传送给图像处理计算机；

由图像处理计算机根据每块铸坯的图片次序，与获得的铸坯位置信息进行对应，确定每张图像的位置。

铸坯位置计算过程时序包括：

记录相机控制信号在每幅图像触发时刻的铸坯精确位置，并传送给计算机；

通过计算机图像处理程序分析铸坯图像，用图像识别法检测出铸坯头部，以确定铸坯第1幅图像；

由定位装置获得每幅铸坯图像的精确位置，并经过排序归位，以获得每幅图像的精确位置；以及

根据图像中铸坯尾部位置，与定位装置的尾部定位信息进行比对，实现自诊断，判断是否有定位错误，以实现铸坯图像中缺陷的精确定位并智能判断图像拼接衔接后的准确性。

图像定位解析过程包括：

图像处理计算机从图像定位模块中读取各个单元里面的铸坯位置，形成一个位置序列；

图像处理计算机读取的铸坯位置单元中，每个存储单元的铸坯具体位置,同时对获取的铸坯图像进行头部识别，当检测到图像中有铸坯头部时，即与存储位置0的第1个铸坯位置信息进行匹配；如果铸坯速度比较慢，在多幅图像中能够检测到铸坯头部，那么根据图像中铸坯头部位置，与铸坯定位存储器中第1个存储位置相比，如果2个值相同，那么这幅图像就是第1幅图像，其余的铸坯图像依次与铸坯定位存储器中各个铸坯位置对应。

本发明的有益效果是：铸坯位置计算模块精确计算铸坯的准确位置，通过铸坯定位模块获取每张铸坯图像的铸坯位置，图像处理计算机获得图铸坯像的位置序列，并且通过铸坯第1张头部图像，将位置序列与铸坯图像序列对应起来，最终实现面阵铸坯图像与铸坯实物之间的位置精确对应关系，从而实现每张铸坯表面图像都有精确的实际铸坯位置数据。本发明的精确判定铸坯图像位置的装置通过铸坯位置计算过程时序和图像定位解析可锁定每幅图像触发时刻的铸坯位置信息，并把位置信息通过通信，传输给图像处理软件，由图像处理软件将位置信息与每幅图像进行对应，从而获得每幅图像的位置信息。因此本发明仅仅依靠时序关系，确定坯子的位移关系，无需在铸坯表面做任何标记；本发明结合了铸坯精准位置计算与稳定的定位对每张面阵图像进行排序与衔接，组成无缝连接的整张铸坯表面图像，对应了铸坯表面实物缺陷位置，由于可提供铸坯图像位置的精确参数，可定每幅图像中缺陷的精确位置，方便铸坯质量管理，为后续的高效火焰清理提供精确位置信息。本发明的方法通过稳定的光电管信号与精确的马达编码器信号组合，综合判断铸坯位置计算连铸运行过程的时序，三者的有机结合达到了稳定、精确、严密并能智能判定对应的准确性，达到了连铸单块物流跟踪的连铸生产现场的实际效果，实现零星单块物流与获取的单张面阵图像与实物铸坯之间位置的有序高效对应，实现了铸坯图像中缺陷的精确定位功能，为铸坯表面质量的后续精确跟踪、板带钢板制造的一贯制管理、与缺陷的自动机清提供准确的定位信息。

附图说明

图1是本发明一个实施例的铸坯图像精确定位装置的结构布置示意图；

图2是本发明一个实施例的铸坯图像精确定位方法中铸坯位置计算过程的时序示意图；

图3是本发明的铸坯图像精确定位装置和方法中铸坯位置与铸坯图像的对应原理示意图；

图4是本发明的铸坯图像精确定位装置和方法中位置计算单元原理示意图；

图5是本发明的铸坯图像精确定位装置和方法中铸坯定位单元原理示意图；

图6是本发明的铸坯图像精确定位装置和方法中铸坯定位与位置计算单元整合示意图；

图7是铸坯运动距离过长示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。首先需要说明的是，本发明并不限于下述具体实施方式，本领域的技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可以基于本发明的精神实质来作最宽泛的理解。图中相同或相似的构件采用相同的附图标记表示。

图1是本发明一个实施例的铸坯图像精确定位装置的结构布置示意图，如图所示，该铸坯图像精确定位装置，包括：常规的图像处理计算机1、工业相机2、相机控制器模块3，以及图像定位模块7和铸坯位置计算模块6、光电管4和速度传感器5。其中，图像处理计算机1和工业相机2组成图像采集处理系统，光电管4和速度传感器5组成信号检测装置；工业相机2与图像处理计算机1相连接；相机控制器模块3，与图像处理计算机1和所述工业相机2相连接，以按照一定的时序产生相机采集图像的控制信号，以使相机按照要求正常工作；铸坯位置计算模块6，与光电管4和速度传感器5相连接，用于对铸坯位置进行积分计算，光电管检测铸坯的头部与尾部，速度传感器用于检测铸坯速度，铸坯位置计算模块根据光电管检测的铸坯头部确定铸坯图像的零点，根据速度传感器检测到的铸坯速度，计算出每个时刻铸坯的位置；图像定位模块7与图像处理计算机1、相机控制器模块3、铸坯位置计算模块6和光电管4相连接，以记录每个相机触发时刻的铸坯位置，依次排序，并且传送给主控计算机（未图示）。速度传感器5通常是光电或磁编码器。

现结合图1至图7详细说明本发明一个实施例的一种铸坯图像的精确定位方法，该方法通过上述铸坯图像的精确定位装置实施并包括以下步骤：

由相机控制器模块3产生控制信号或触发信号，并传输给工业相机2以触发相机采集图像；

通过工业相机2采集图像；

在主控计算机（未图示）的总体控制下，将相机2所获得图像信号传递给图像处理计算机1；

根据光电传感器4和速度传感器5所检测到的信号，铸坯位置计算模块6通过积分方法计算当前铸坯的准确位置；

在相机2采集图像的时刻，图像定位模块3接受到采集控制信号或触发信号后，立即记录当时的铸坯位置，并按顺序排放；

将位置信息传送给图像处理计算机1；

由图像处理计算机1根据每块铸坯的图片次序，与获得的铸坯位置信息进行对应，确定每张图像的位置。

所述控制信号或触发信号可以在工业相机2采集图像的时候，由相机2产生。

铸坯位置计算过程时序，如图2所示，包括：

1.铸坯头部时刻清零。铸坯头部到达光电管的t0时刻，光电管出现从通光到遮光的跳变，表明一块新的铸坯进入检测位置。此时对铸坯位置计算模块6（位置积分器）铸坯位置清零，图像定位模块7中位置存储单元清零，位置指针从0开始。

2.遮光状态的铸坯位置计算。在遮光状态下，铸坯通过光电管4，此时的铸坯位置计算模块或单元6，根据铸坯速度信号进行积分，得到每个时刻的铸坯位置。

3.通光状态的铸坯位置计算。当铸坯尾部到达光电管4时，光电管转为通光状态，在通光状态下，铸坯已经通过了光电管4，但依然在辊道上，此时的铸坯位置计算模块或单元6，继续根据铸坯速度信号进行积分，得到每个时刻的铸坯位置。当铸坯位置超过辊道长度时，说明铸坯开始离开了检测辊道，辊道处在空转状态。

4.图像定位模块7记录铸坯位置。当相机2采集图像时，相机控制器模块3或者相机2本身会产生触发脉冲控制信号，图像定位模块7在接收到该控制信号的时刻，立即从铸坯位置计算模块6读取此刻的铸坯位置，并顺序存入内部的存储单元中。存储完毕后，位置指针加1，指向下一个位置。

铸坯图像位置的解析计算过程，如图3所示，包括：

1.读取铸坯位置序列。图像处理计算机1从图像定位模块7中读取各个单元里面的铸坯位置，形成一个位置序列。

2.解析铸坯位置。图像处理计算机1读取的铸坯位置单元中，每个存储单元的铸坯具体位置。同时对获取的铸坯图像进行头部识别，当检测到图像中有铸坯头部时，即与存储位置0的第1个铸坯位置信息进行匹配。如果铸坯速度比较慢，在多幅图像中能够检测到铸坯头部，那么根据图像中铸坯头部位置，与铸坯定位存储器中第1个存储位置相比，如果2个值相同，那么这幅图像就是第1幅图像，其余的铸坯图像依次与铸坯定位存储器中各个铸坯位置对应。

3.铸坯数据库。图像处理计算机1将铸坯图像以图片文件的形式存入到文件夹中；铸坯位置信息、铸坯图像文件名以及铸坯物流信息存放到数据库中，以方便数据检索管理。图像处理检测得到的铸坯缺陷，或者人工检查发现的铸坯缺陷，可以根据解析出来的位置进行对应。

本发明中包含的3个电控模块，铸坯位置计算模块，图像定位模块，相机控制器模块。铸坯位置计算模块可以是现场已有控制系统的PLC、控制器等的测长功能模块，也可以是专门的模块。相机控制器，一般为图像系统原配模块。

铸坯位置计算模块，如图4所示，用于对铸坯位置进行积分计算，通常包含有铸坯速度脉冲光电隔离、脉冲计数器、I/O光电隔离、MCU控制器及实时通讯接口。

图像定位模块，如图5所示。用于获取每幅图像的铸坯位置，并排序，通常包含有实时通讯接口、I/O光电隔离、MCU控制器及接主控计算机的通讯接口。

相机控制器模块，用于按照一定的时序产生相机采集图像的控制信号，通常由相机控制器模块发出该控制信号，也可以由相机发出。

所述的3个模块可以互相分离，也可以根据需要整合在一起。当整合在一起时，功能相同的部分可以简化。图6为铸坯定位单元与铸坯位置计算单元整合在一起的情形。

异常情形的处理：

1.铸坯速度积分过长。当一块铸坯通过辊道后，辊道继续转动，铸坯累积运动距离过长，铸坯可能已经离开了辊道。当铸坯位置大于辊道长度+铸坯长度之和时，说明铸坯完全离开了辊道，铸坯位置为无效。图7示出铸坯运动距离过长的情况。

2.传感器校准。当铸坯通过光电管时，会产生遮光现象，显然从遮光到通光，铸坯运动的距离应当等于铸坯的长度，如果不一致，则说明传感器或系统故障。

通过本发明的方法，铸坯位置计算模块6精确计算铸坯的准确位置，通过图像定位模块7获取每张铸坯图像的铸坯位置，图像处理计算机1获得图铸坯像的位置序列，并且通过铸坯第1张头部图像，将位置序列与铸坯图像序列对应起来，最终实现面阵铸坯图像与铸坯实物之间的位置精确对应关系，从而实现，每张铸坯表面图像都有精确的实际铸坯位置数据。

通过本发明的装置和方法，锁定了每幅面阵图像触发时刻的铸坯位置信息，并把这些位置信息通过通信，传输给图像处理软件，由图像处理软件将位置信息与每幅图像进行对应，从而获得每幅图像的位置信息。用图像识别法检测出铸坯头部，确定铸坯第1幅图像，再利用获得的每幅铸坯图像的精确位置，经过对应排序归位，就可以获得每幅图像的精确位置。最后根据图像的铸坯尾部位置，与定位装置的尾部定位信息进行比对，实现自诊断，判断是否有定位错误。

综上所述，本发明的方法，结合了铸坯精准位置计算与稳定的定位对每张面阵图像进行排序与衔接，组成无缝连接的整张铸坯表面图像，对应了铸坯表面实物缺陷位置。本发明的方法通过稳定的光电管信号与精确的马达编码器信号组合，综合判断铸坯位置计算连铸运行过程的时序，三者的有机结合达到了稳定、精确、严密并能智能判定对应的准确性，达到了连铸单块物流跟踪的连铸生产现场的实际效果，实现零星单块物流与获取的单张面阵图像与实物铸坯之间位置的有序高效对应，实现了铸坯图像中缺陷的精确定位功能。为铸坯表面质量的后续精确跟踪、板带钢板制造的一贯制管理、与缺陷的自动机清提供准确的定位信息。

应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种铸坯图像的精确定位装置，包括图像采集处理系统和相机控制器模块，所述图像采集处理系统包括图像处理计算机和与所述图像处理计算机相连接的工业相机：其特征在于，还包括图像定位模块、铸坯位置计算模块和信号检测装置，所述信号检测装置包括光电管和速度传感器；其中，所述相机控制器模块，与所述图像处理计算机和所述工业相机相连接，以按照一定的时序产生相机采集图像的控制信号，以使相机按照要求正常工作；所述铸坯位置计算模块，与所述光电管和速度传感器相连接，用于对铸坯位置进行积分计算，所述光电管检测铸坯的头部与尾部，速度传感器用于检测铸坯速度，所述铸坯位置计算模块根据光电管检测的铸坯头部确定铸坯图像的零点，根据速度传感器检测到的铸坯速度，以计算出每个时刻铸坯的位置；所述图像定位模块与所述的图像处理计算机、相机控制器模块、铸坯位置计算模块和光电管相连接，以记录每个相机触发时刻的铸坯位置，依次排序，并且传送给主计算机。

2.根据权利要求1所述的铸坯图像的精确定位装置，其特征在于，所述速度传感器是光电编码器。

3.根据权利要求1所述的铸坯图像的精确定位装置，其特征在于，所述速度传感器是磁编码器。

4.根据权利要求1所述的铸坯图像的精确定位装置，其特征在于，所述铸坯位置计算模块，含有铸坯速度脉冲光电隔离、脉冲计数器、I/O光电隔离、MCU控制器及实时通讯接口。

5.根据权利要求1所述的铸坯图像的精确定位装置，其特征在于，所述图像定位模块包含有实时通讯接口、I/O光电隔离、MCU控制器及接主控计算机的通讯接口。

6.根据权利要求1所述的铸坯图像的精确定位装置，其特征在于，所述图像定位模块与铸坯位置计算模块整合一体。

7.根据权利要求1所述的铸坯图像的精确定位装置，其特征在于，所述铸坯位置计算模块、图像定位模块和相机控制器模块整合一体。

8.一种铸坯图像的精确定位方法，其特征在于，通过铸坯图像的精确定位装置实施，所述铸坯图像的精确定位装置，包括图像采集处理系统、相机控制器模块、图像定位模块、铸坯位置计算模块和信号检测装置，所述图像采集处理系统包括图像处理计算机和与所述图像处理计算机相连接的工业相机，所述信号检测装置包括光电管和速度传感器；所述方法包括：

由相机控制器模块产生控制信号，传输给工业相机以触发相机采集图像；

通过工业相机采集图像；

在图像处理计算机的总体控制下，将相机所获得图像传递给图像处理计算机；

根据光电传感器和速度传感器信号，铸坯位置计算模块通过积分方法计算当前铸坯的准确位置；

在相机采集图像的时刻，图像定位模块接受到采集控制信号，立即记录当时的铸坯位置，并按顺序排放；

图像定位模块将位置信息传送给图像处理计算机；

由图像处理计算机根据每块铸坯的图片次序，与获得的铸坯位置信息进行对应，确定每张图像的铸坯位置；

所述铸坯位置计算过程时序包括：记录相机控制信号在每幅图像触发时刻的铸坯精确位置，并传送给计算机；通过计算机图像处理程序分析铸坯图像，用图像识别法检测出铸坯头部，以确定铸坯第1幅图像；由定位装置获得每幅铸坯图像的精确位置，并经过排序归位，以获得每幅图像的精确位置；根据图像中铸坯尾部位置，与定位装置的尾部定位信息进行比对，实现自诊断，判断是否有定位错误，以实现铸坯图像中缺陷的精确定位并智能判断图像拼接后的准确性。

9.根据权利要求8所述的铸坯图像的精确定位方法，其特征在于，图像定位解析过程包括：

图像处理计算机从图像定位模块中读取各个单元里面的铸坯位置，形成一个位置序列；

图像处理计算机读取的铸坯位置单元中，每个存储单元的铸坯具体位置,同时对获取的铸坯图像进行头部识别，当检测到图像中有铸坯头部时，即与存储位置0的第1个铸坯位置信息进行匹配；如果铸坯速度比较慢，在多幅图像中能够检测到铸坯头部，那么根据图像中铸坯头部位置，与铸坯定位存储器中第1个存储位置相比，如果2个值相同，那么这幅图像就是第1幅图像，其余的铸坯图像依次与铸坯定位存储器中各个铸坯位置对应。