CN110220481B - 手持式视觉检测设备及其位姿检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种手持式视觉检测设备及其位姿检测方法，该设备包括激光器、视觉采集元件、控制与数据处理模块和输出模块；激光器用于向待测物表面投射激光；视觉采集元件用于采集图像；控制与数据处理模块对图像进行如下处理：①预处理，提取光条/光点中心点；②将图像横向/纵向边缘作为基准线，将光条/光点中心点形成的直线作为待测线，计算两者之间的夹角γ；判断其是否在预设范围；③确定待测线中点位置，计算其距上侧边缘/下侧边缘的距离d，考察距离d是否在预设值范围内；模块显示检测结果。该技术方案能实时显示检测设备与被测物之间的相对位置关系，方便操作人员及时调整角度及距离，提高设备的检测精度及检测稳定性。

Description

手持式视觉检测设备及其位姿检测方法
技术领域
本发明涉及机器视觉检测领域，具体涉及一种手持式视觉检测设备及其位姿检测方法。
背景技术
视觉测量技术中，检测设备内的视觉采集元件往往是固定在设备内部的。采集图像的质量取决于检测设备与被测物之间的位置关系，特别是手持式检测设备。若检测设备与被测物的相对位置倾角较大时，可能会产生图像采集盲区，令被测物的特征目标不在检测区域内；而当检测设备与被测物距离过远或过近时，特别是被测物的特征目标不在检测设备景深范围内时，采集到的图像就会变得模糊，无法清晰聚焦，进而影响检测结果的精度及鲁棒性。为了控制检测设备与被测物之间的相对位置，目前采用的方法有：1)通过有限位功能的机械结构，将检测设备与被测物的角度及距离限定在一定范围内；2)利用视觉检测设备获取点云数据，继而判断检测设备与被测物之间的相对位置，再进行纠偏。第1)种方法遇到弧形等测试场景时，限位功能的机械结构失效；第2)种方法对设备硬件要求高，运算时间长，不适合实时检测，而且无法检测设备与被测目标之间的角度。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种手持式视觉检测设备及其位姿检测方法，其能实时显示检测设备与被测物之间的相对位置关系，方便操作人员及时调整角度及距离，提高设备的检测精度及检测稳定性。
为此，本发明的技术方案如下：
一种手持式视觉检测设备位姿检测方法，所述手持式视觉检测设备包括激光器和视觉采集元件；所述激光器用于向待测物表面投射激光；所述视觉采集元件用于采集投射在待测物表面的激光形成的图像；所述激光器为线激光器或点激光器；当激光器为点激光器时，其在待测物表面投射的激光点在同一条直线上；
包括如下步骤：
1)将所述视觉采集元件获取被测物表面激光图像进行预处理，提取光条/光点中心点；
2)将图像横向边缘或纵向边缘作为基准线，将光条/光点中心点形成的直线作为待测线，计算所述基准线与待测线之间的夹角γ；当夹角γ不在预设值I范围内时，给出角度偏转提示，提醒操作人员左旋或右旋手持式视觉检测设备，待设备位姿调整后重新进行步骤1)；当夹角γ在预设值I范围内时，进行步骤3)；
3)确定所述待测线中点位置，计算其距上侧边缘/下侧边缘的距离d，考察所述距离d是否在预设值范围内；当距离d不在预设值II范围内时，给出距离过偏提示，提醒操作人员向前/向后移动手持式视觉检测设备，待设备位姿调整后，重新进行步骤1)；当距离d在预设值II范围内时，显示检测结果。
进一步，所述预设值I和预设值II通过以下方法获得：利用手持式视觉检测设备在待测物表面投射激光条/激光点，采集图像，人工判断图像品质；调节手持式视觉检测设备的位姿，找到满足要求的图像所对应的角度及距离极限，分别作为预设值I和预设值II。
进一步，所述激光器和视觉采集元件固定设置于手持式视觉检测设备内。
进一步，所述步骤1)中预处理为对图像进行灰度化处理、去噪、二值化。
进一步，所述步骤1)中预处理为对图像进行灰度化处理、去噪、二值化，对图像进行隔列采样。
一种手持式视觉检测设备，包括激光器、视觉采集元件、控制与数据处理模块和输出模块；所述视觉采集元件、控制与数据处理模块、输出模块之间电连接；
所述激光器用于向待测物表面投射激光；所述视觉采集元件用于采集投射在待测物表面的激光形成的图像；所述激光器为线激光器或点激光器；当激光器为点激光器时，其在待测物表面投射的激光点在同一条直线上；
所述视觉采集元件将采集到的图像传输至控制与数据处理模块；所述控制与数据处理模块对接收到的图像进行如下处理：
①预处理，提取光条/光点中心点；
②将图像横向边缘或纵向边缘作为基准线，将光条/光点中心点形成的直线作为待测线，计算所述基准线与待测线之间的夹角γ；当夹角γ不在预设值I范围内时，控制所述输出模块显示夹角γ超出预设范围，并给出左旋、右旋提示；待设备位姿调整后重新进行步骤①；当夹角γ在预设值I范围内时，进行步骤③；
③确定所述待测线中点位置，计算其距上侧边缘/下侧边缘的距离d，考察所述距离d是否在预设值范围内；当距离d不在预设值II范围内时，控制所述输出模块显示距离d超出预设范围，给出向前或向后提示；待设备位姿调整后，重新进行步骤①；当距离d在预设值II范围内时，控制所述输出模块显示检测结果。
进一步，所述激光器和视觉采集元件固定设置于手持式视觉检测设备内。
本发明提供的技术方案具有如下优点：
1、实现了对检测设备与待测位置的角度、距离实施检测，降低操作人员的使用难度，提高设备的检测精度以及检测稳定性；
2、对视觉采集元件的分辨率要求低，可降低硬件成本。
附图说明
图1为本发明提供的手持式视觉检测设备位姿检测方法的工作示意图；
图2为本发明提供的手持式视觉检测设备位姿检测方法的一种实施方式的工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细描述。
本发明提供的位姿检测方法适用于手持式视觉检测设备1，该手持式视觉检测设备1包括固定设置的激光器101和视觉采集元件102；激光器101用于向待测物表面投射激光；视觉采集元件102用于采集投射在待测物表面的激光形成的图像；激光器101为线激光器或点激光器；当激光器为点激光器时，其在待测物表面投射的激光点在同一条直线上。
检测之前，先对预设值I、预设值II进行设定，人工调节手持式视觉检测设备1的位姿，激光器101向待测位置投射激光条/激光点，采集图像，人工判断图像品质，并不断调节手持式视觉检测设备1的位姿，找到满足要求的图像所对应的操作角度及距离极限，以此分别作为预设值I和预设值II在手持式视觉检测设备上进行赋值。
然后进行测试，具体位姿检测方法如下，
1)将视觉采集元件102获取被测物表面激光图像进行预处理，提取光条/光点中心点；预处理的方法为对图像进行灰度化处理、去噪、二值化，或者对图像进行灰度化处理、去噪、二值化，对图像进行隔列采样，以减少数据量，提高运算速度；
2)将图像2横向边缘或纵向边缘作为基准线，将光条/光点中心点形成的直线作为待测线3，计算基准线与待测线之间的夹角γ；当夹角γ不在预设值I范围内时，给出角度偏转提示，提醒操作人员左旋或右旋手持式视觉检测设备，待设备位姿调整后重新进行步骤1)；当夹角γ在预设值I范围内时，进行步骤3)；
3)确定待测线3中点位置，计算其距上侧边缘/下侧边缘的距离d，考察距离d是否在预设值范围内；当距离d不在预设值II范围内时，给出距离过偏提示，提醒操作人员向前/向后移动手持式视觉检测设备，待设备位姿调整后，重新进行步骤1)；当距离d在预设值II范围内时，显示检测结果。
一种手持式视觉检测设备，包括激光器101、视觉采集元件102、控制与数据处理模块和输出模块；视觉采集元件102、控制与数据处理模块、输出模块之间电连接；
激光器101用于向待测物表面投射激光；视觉采集元件102用于采集投射在待测物表面的激光形成的图像；激光器101为线激光器或点激光器；当激光器为点激光器时，其在待测物表面投射的激光点在同一条直线上；具体实施时，激光器101和视觉采集元件102固定设置于手持式视觉检测设备1内。
视觉采集元件102将采集到的图像传输至控制与数据处理模块；控制与数据处理模块对接收到的图像进行如下处理：
①预处理，提取光条/光点中心点；
②将图像2横向边缘或纵向边缘作为基准线，将光条/光点中心点形成的直线作为待测线3，计算基准线与待测线之间的夹角γ；当夹角γ不在预设值I范围内时，控制输出模块显示夹角γ超出预设范围，并给出左旋、右旋提示；待设备位姿调整后重新进行步骤①；当夹角γ在预设值I范围内时，进行步骤③；
③确定待测线3中点位置，计算其距上侧边缘/下侧边缘的距离d，考察距离d是否在预设值范围内；当距离d不在预设值II范围内时，控制输出模块显示距离d超出预设范围，给出向前或向后提示；待设备位姿调整后，重新进行步骤①；当距离d在预设值II范围内时，控制输出模块显示检测结果。
本发明提供技术方案的原理为：
激光器101将光条投射到被测物的特征目标上，视觉采集元件102对激光条进行拍摄，然后由图像处理设备进行图像处理。当手持式视觉检测设备1靠近或者远离被测物时，采集到的激光条图像会整体向上或者向下偏移；而当手持式视觉检测设备1与被测物成一定角度向左或向右旋转时，采集到的光条图像会发生顺时针或者逆时针旋转；通过图像处理算法，可以计算出光条在图像中的旋转角度以及光条在图像中的上下位置；通过该角度以及位置，可以有效判断手持式视觉检测设备与被测目标之间的角度和距离是否在有效工作范围内；结合标定时得到的空间变换矩阵，最终可以计算得到手持式视觉检测设备在现实空间中的相对于被测目标的偏转角度以及前后距离。
本发明的提供的方法不仅适用于手持式设备中，也可以应用于其他类似的柔性光学检测设备中。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“左”和“右”是对特征位置的示例性实施方式的描述。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (7)

1.一种手持式视觉检测设备位姿检测方法，所述手持式视觉检测设备(1)包括激光器(101)和视觉采集元件(102)；所述激光器(101)用于向待测物表面投射激光；所述视觉采集元件(102)用于采集投射在待测物表面的激光形成的图像；所述激光器(101)为线激光器或点激光器；当激光器为点激光器时，其在待测物表面投射的激光点在同一条直线上；
其特征在于包括如下步骤：
1)将所述视觉采集元件(102)获取被测物表面激光图像进行预处理，提取光条/光点中心点；
2)将图像(2)横向边缘或纵向边缘作为基准线，将光条/光点中心点形成的直线作为待测线(3)，计算所述基准线与待测线之间的夹角γ；当夹角γ不在预设值I范围内时，给出角度偏转提示，提醒操作人员左旋或右旋手持式视觉检测设备，待设备位姿调整后重新进行步骤1)；当夹角γ在预设值I范围内时，进行步骤3)；
3)确定所述待测线(3)中点位置，计算其距上侧边缘/下侧边缘的距离d，考察所述距离d是否在预设值范围内；当距离d不在预设值II范围内时，给出距离过偏提示，提醒操作人员向前/向后移动手持式视觉检测设备，待设备位姿调整后，重新进行步骤1)；当距离d在预设值II范围内时，显示检测结果。
2.如权利要求1所述手持式视觉检测设备位姿检测方法，其特征在于：所述预设值I和预设值II通过以下方法获得：利用手持式视觉检测设备(1)在待测物表面投射激光条/激光点，采集图像，人工判断图像品质；调节手持式视觉检测设备(1)的位姿，找到满足要求的图像所对应的角度及距离极限，分别作为预设值I和预设值II。
3.如权利要求1所述手持式视觉检测设备位姿检测方法，其特征在于：所述步骤1)中预处理为对图像进行灰度化处理、去噪、二值化。
4.如权利要求1所述手持式视觉检测设备位姿检测方法，其特征在于：所述步骤1)中预处理为对图像进行灰度化处理、去噪、二值化，对图像进行隔列采样。
5.如权利要求1所述手持式视觉检测设备位姿检测方法，其特征在于：所述激光器(101)和视觉采集元件(102)固定设置于手持式视觉检测设备(1)内。
6.一种手持式视觉检测设备，其特征在于：包括激光器(101)、视觉采集元件(102)、控制与数据处理模块和输出模块；所述视觉采集元件(102)、控制与数据处理模块、输出模块之间电连接；
所述激光器(101)用于向待测物表面投射激光；所述视觉采集元件(102)用于采集投射在待测物表面的激光形成的图像；所述激光器(101)为线激光器或点激光器；当激光器为点激光器时，其在待测物表面投射的激光点在同一条直线上；
所述视觉采集元件(102)将采集到的图像传输至控制与数据处理模块；所述控制与数据处理模块对接收到的图像进行如下处理：
①预处理，提取光条/光点中心点；
②将图像(2)横向边缘或纵向边缘作为基准线，将光条/光点中心点形成的直线作为待测线(3)，计算所述基准线与待测线之间的夹角γ；当夹角γ不在预设值I范围内时，控制所述输出模块显示夹角γ超出预设范围，并给出左旋、右旋提示；待设备位姿调整后重新进行步骤①；当夹角γ在预设值I范围内时，进行步骤③；
③确定所述待测线(3)中点位置，计算其距上侧边缘/下侧边缘的距离d，考察所述距离d是否在预设值范围内；当距离d不在预设值II范围内时，控制所述输出模块显示距离d超出预设范围，给出向前或向后提示；待设备位姿调整后，重新进行步骤①；当距离d在预设值II范围内时，控制所述输出模块显示检测结果。
7.如权利要求6所述手持式视觉检测设备，其特征在于：所述激光器(101)和视觉采集元件(102)固定设置于手持式视觉检测设备(1)内。
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