CN110530273A - 基于结构光测量的涂胶信息检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于结构光测量的涂胶信息检测方法，包括：1)对胶条轮廓结构光图像进行图像处理，分割底部直线段，进行拟合，得到底部基准线；2)计算底部基准线与光平面坐标系x轴的夹角θ，将胶条轮廓旋转‑θ度；剔除底部直线段，在剩余的轮廓点组成的胶形轮廓段中计算胶高特征点、胶宽特征点；3)得到的多个胶高特征点，并计算法线；根据法线，构造平面I，选取预设帧图像，将预设帧图像中胶高特征点、胶宽特征点投影到平面I；利用胶高特征点计算胶高；将胶宽特征点之间的距离记为胶宽；4)对于涂胶轨迹中其他待测位置，重复步骤1)～3)，完成整个涂胶轨迹中胶条信息的检测；本方法对角度偏差进行校正，能够准确获取涂胶三维轮廓信息。
Description
技术领域
本发明涉及涂胶检测领域，具体涉及一种基于结构光测量的涂胶信息检测方法。
背景技术
在汽车制造过程中，涂胶质量是决定车辆密封性的关键因素，传统的涂胶检测方法仅依赖相机采集的原始胶体图像进行处理，这是一种被动视觉检测方法，其能够检测胶宽，是否断胶等信息，但是不能检测胶高，并且受限于胶体和涂胶底面的颜色，当二者颜色近似或一致时，传统涂胶检测方法将无法有效检测胶条信息，如目前风挡玻璃处的涂胶大多数车型都呈现黑底、黑胶，对于这种情形的涂胶，采用结构光测量方法优势显著，其利用单线结构光、双线结构光或多线结构光方式向被测物投射激光，在相机配合下，采集被调制的结构光图像(如图1所示)；为了准确得到涂胶信息，要求投射的激光与被测胶条相互垂直，但实际应用过程中，由于传感器装配误差、机器人路径、角度变换等原因，投射激光与胶条存在角度偏差，即存在俯仰角(pitch)、偏航角(yaw)、旋转角(roll)；这将会影响涂胶信息检测的准确性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于结构光测量的涂胶信息检测方法，本方法不受胶条颜色影响，有效解决了黑胶检测或对比不明显胶条检测的技术难点；本方法对角度偏差进行校正，能够准确获取涂胶三维轮廓信息。
为此，本发明的技术方案如下：
一种基于结构光测量的涂胶信息检测方法，包括以下步骤：
1)对线结构光传感器采集的胶条轮廓结构光图像进行图像处理，分割出胶条轮廓中的底部直线段，并对所述底部直线段进行拟合，得到底部基准线；
2)计算底部基准线与光平面坐标系x轴的夹角θ，以光平面坐标系的原点为旋转中心，将胶条轮廓旋转-θ度；在旋转后的胶条轮廓中剔除底部直线段，将剩余的轮廓点记为胶形轮廓段；
计算所述胶形轮廓段中各点与底部基准线的距离，将得到距离值最大的坐标点记为胶高特征点；将胶形轮廓段中首、尾端点处的坐标点记为一对胶宽特征点；
3)若一帧胶条轮廓结构光图像中仅包含一条胶条轮廓，则对相邻帧胶条轮廓重复步骤1)～2)至少一次，获取连续帧胶条轮廓结构光图像中的胶高特征点；
若一帧胶条轮廓结构光图像中包含多条胶条轮廓，则分别计算每条胶条轮廓中的胶高特征点；
利用得到的多个胶高特征点，计算法线；根据所述法线，在任一胶高特征点处构造平面记为平面I，选取一张胶条轮廓图像记为预设帧图像，将所述预设帧图像中胶高特征点和一对胶宽特征点均投影到所述平面I；
将投影后的胶高特征点的y轴坐标绝对值与底部基准线直线方程中截距的绝对值之和，记为胶高；
将投影后的一对胶宽特征点之间的距离记为胶宽；
4)对于涂胶轨迹中其他待测位置，重复步骤1)～3)，获取各个待测位置被涂胶条的胶宽、胶高信息，直至完成整个涂胶轨迹中胶条信息的检测。
进一步，步骤1)中分割底部直线段采用Hough变换检测方法或者以下步骤：获取胶条轮廓结构光图像中的首、尾两个端点，并将两个端点连线，遍历两端点之间胶条轮廓上的所有点，计算各点到所述连线的距离，若距离值均小于预设阈值，则将两端点之间的轮廓区域划分为预选直线段；否则，将距离所述连线最远的点标记为新的端点，重复上述判断过程，直到胶条轮廓中的所有点均被划分完成；
根据各个预选直线段的直线方程，将任意两个预选直线段的斜率与截距分别作差，记两个差值之和为判断值；
计算所有判断值，将得到判断值最小的一对预选直线段标记为底部直线段。
优选，所述预设阈值小于0.5mm。
进一步，步骤1)中对底部直线段进行拟合的方法为RANSAC算法或最小二乘法。
由于涂胶轨迹中可能会存在遮挡物，因此结构光图像中的胶条轮廓会出现不连续现象，如在汽车的风挡玻璃处，存在垫片，会导致激光条出现断连，影响检测精度；
为了降低遮挡物对检测精度的影响，本发明技术方案中对步骤2)中的胶形轮廓段进行筛选处理：
对所述胶形轮廓段中相邻两个轮廓点的X坐标依次进行差分运算，将得到差分结果大于阈值的两个轮廓点记为间断点，以间断点作为分割位置，将胶形轮廓段分割为两个子点集，将点数量较多的子点集记为新的胶形轮廓段；所述阈值为0.1～0.3mm。
优选，步骤3)中重复步骤1)～2)5～8次，再利用5～8个胶高特征点拟合法线；其中，预设帧图像选取为第[n/2]帧图像，n为重复总次数。
为了实时获取涂胶轨迹中的胶条信息，优选，将步骤4)中涂胶轨迹中其他待测位置设置为：线结构光传感器采集的连续每帧图像对应的胶条位置。
为了提高法线拟合的准确性，优选，线结构光传感器的采样率为500～2000帧/s；线结构光传感器相对被涂胶条的移动速度为70～150mm/s。
本申请提供的基于结构光测量的涂胶信息检测方法，通过构造了正切平面，并将胶宽特征点、胶高特征点投影到该平面，有效校正了因角度偏差导致的胶宽、胶高计算误差；利用差分方法获取胶形轮廓段，有效解决了遮挡物导致的结构光图像断连的问题，检测结果准确性高，适用于精密检测领域；此外，本方法不受胶条颜色影响，有效解决了黑胶检测或对比不明显胶条检测的技术难点。
附图说明
图1为被胶条调制后的结构光图像示意图；
图2为具体实施方式中胶高特征点、胶宽特征点示意图；
图3为具体实施方式中拟合法线、平面示意图。
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。
本实施例以汽车风挡玻璃处涂胶为例，利用结构光对胶条信息进行检测，胶条为黑色三角状胶，线结构光传感器的采样率为1500帧/s；线结构光传感器相对被涂胶条的移动速度为100mm/s，具体如下：
一种基于结构光测量的涂胶信息检测方法，包括以下步骤：
1)线结构光传感器实时获取胶条轮廓结构光图像，对胶条轮廓结构光图像进行图像处理，分割出胶条轮廓中的底部直线段，并对底部直线段进行拟合，得到底部基准线；
2)计算底部基准线与光平面坐标系x轴的夹角θ，以光平面坐标系的原点为旋转中心，将胶条轮廓旋转-θ度；在旋转后的胶条轮廓中剔除底部直线段，将剩余的轮廓点记为胶形轮廓段；
如图2所示，计算胶形轮廓段中各点与底部基准线的距离，将得到距离值最大的坐标点记为胶高特征点；将胶形轮廓段中首、尾端点处的坐标点记为一对胶宽特征点；
3)本实施例中，一帧胶条轮廓结构光图像中仅包含一条胶条轮廓，对相邻帧胶条轮廓重复步骤1)～2)五次，获取连续帧胶条轮廓结构光图像中的胶高特征点；
利用得到的多个胶高特征点，计算法线；根据法线，在任一胶高特征点处构造平面记为平面I，选取一张胶条轮廓图像记为预设帧图像，将预设帧图像中胶高特征点和一对胶宽特征点均投影到平面I；本实施例中选取第三帧图像为预设帧图像；
将投影后的胶高特征点的y轴坐标绝对值与底部基准线直线方程中截距的绝对值之和，记为胶高；
将投影后的一对胶宽特征点之间的距离记为胶宽；
在具体应用过程中，也可以采用多线结构光投射胶条，传感器一次性能够采集多条线结构光图像，即一帧胶条轮廓结构光图像中包含多条胶条轮廓，这种情况下，分别计算每条胶条轮廓中的胶高特征点；此时，可以选择重复步骤1)～2)一次或多次，获取多帧图像中的胶高特征点，也可以不重复上述过程，直接利用一帧图像中的多个胶高特征点计算法线。
4)本实施例为实时检测过程，因此待测位置是从第一个预选帧位置开始的每一帧图像位置，即以预选帧图像(第三帧)的下一帧胶条轮廓图像为新的预选帧图像，重复步骤1)～3)，获取各个待测位置被涂胶条的胶宽、胶高信息，直至完成整个涂胶轨迹中胶条信息的检测。
在具体应用过程中，也可以采用离线涂胶检测的方式，即获取整个胶条轮廓的各帧图像之后，将待测位置人为设置为某一帧图像位置，如设置为第5帧、第8帧、第13帧……
作为本发明的一种实施方式，步骤1)中分割底部直线段以下步骤：获取胶条轮廓结构光图像中的首、尾两个端点，并将两个端点连线，遍历两端点之间胶条轮廓上的所有点，计算各点到连线的距离，若距离值均小于预设阈值(设置为0.4mm)，则将两端点之间的轮廓区域划分为预选直线段；否则，将距离连线最远的点标记为新的端点，重复上述判断过程，直到胶条轮廓中的所有点均被划分完成；
根据各个预选直线段的直线方程，将任意两个预选直线段的斜率与截距分别作差，记两个差值之和为判断值；
计算所有判断值，将得到判断值最小的一对预选直线段标记为底部直线段。对上述过程得到的底部直线段，利用RANSAC算法拟合得到底部基准线。
由于在汽车的风挡玻璃处，存在垫片，会导致激光条出现断连，为了降低遮挡物对检测精度的影响，本实施例中对步骤2)中的胶形轮廓段进行筛选处理：
对胶形轮廓段中相邻两个轮廓点的X坐标依次进行差分运算，将得到差分结果大于阈值的两个轮廓点记为间断点，以间断点作为分割位置，将胶形轮廓段分割为两个子点集，将点数量较多的子点集记为新的胶形轮廓段；阈值设置为0.1mm。
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 (8)
1.一种基于结构光测量的涂胶信息检测方法，其特征在于包括以下步骤：
1)对线结构光传感器采集的胶条轮廓结构光图像进行图像处理，分割出胶条轮廓中的底部直线段，并对所述底部直线段进行拟合，得到底部基准线；
2)计算底部基准线与光平面坐标系x轴的夹角θ，以光平面坐标系的原点为旋转中心，将胶条轮廓旋转-θ度；在旋转后的胶条轮廓中剔除底部直线段，将剩余的轮廓点记为胶形轮廓段；
计算所述胶形轮廓段中各点与底部基准线的距离，将得到距离值最大的坐标点记为胶高特征点；将胶形轮廓段中首、尾端点处的坐标点记为一对胶宽特征点；
3)若一帧胶条轮廓结构光图像中仅包含一条胶条轮廓，则对相邻帧胶条轮廓重复步骤1)～2)至少一次，获取连续帧胶条轮廓结构光图像中的胶高特征点；
若一帧胶条轮廓结构光图像中包含多条胶条轮廓，则分别计算每条胶条轮廓中的胶高特征点；
利用得到的多个胶高特征点，计算法线；根据所述法线，在任一胶高特征点处构造平面记为平面I，选取一张胶条轮廓图像记为预设帧图像，将所述预设帧图像中胶高特征点和一对胶宽特征点均投影到所述平面I；
将投影后的胶高特征点的y轴坐标绝对值与底部基准线直线方程中截距的绝对值之和，记为胶高；
将投影后的一对胶宽特征点之间的距离记为胶宽；
4)对于涂胶轨迹中其他待测位置，重复步骤1)～3)，获取各个待测位置被涂胶条的胶宽、胶高信息，直至完成整个涂胶轨迹中胶条信息的检测。
2.如权利要求1所述基于结构光测量的涂胶信息检测方法，其特征在于：步骤1)中分割底部直线段采用Hough变换检测方法或者以下步骤：
获取胶条轮廓结构光图像中的首、尾两个端点，并将两个端点连线，遍历两端点之间胶条轮廓上的所有点，计算各点到所述连线的距离，若距离值均小于预设阈值，则将两端点之间的轮廓区域划分为预选直线段；否则，将距离所述连线最远的点标记为新的端点，重复上述判断过程，直到胶条轮廓中的所有点均被划分完成；
根据各个预选直线段的直线方程，将任意两个预选直线段的斜率与截距分别作差，记两个差值之和为判断值；
计算所有判断值，将得到判断值最小的一对预选直线段标记为底部直线段。
3.如权利要求2所述基于结构光测量的涂胶信息检测方法，其特征在于：所述预设阈值小于0.5mm。
4.如权利要求1所述基于结构光测量的涂胶信息检测方法，其特征在于：步骤1)中对底部直线段进行拟合的方法为RANSAC算法或最小二乘法。
5.如权利要求1所述基于结构光测量的涂胶信息检测方法，其特征在于：对步骤2)中的胶形轮廓段进行如下筛选处理：
对所述胶形轮廓段中相邻两个轮廓点的X坐标依次进行差分运算，将得到差分结果大于阈值的两个轮廓点记为间断点，以间断点作为分割位置，将胶形轮廓段分割为两个子点集，将点数量较多的子点集记为新的胶形轮廓段；所述阈值为0.1～0.3mm。
6.如权利要求1所述基于结构光测量的涂胶信息检测方法，其特征在于：步骤3)中重复步骤1)～2)5～8次，再利用5～8个胶高特征点拟合法线；预设帧图像选取为第[n/2]帧图像，n为重复总次数。
7.如权利要求1或6所述基于结构光测量的涂胶信息检测方法，其特征在于：将步骤4)中涂胶轨迹中其他待测位置设置为：线结构光传感器采集的连续每帧图像对应的胶条位置。
8.如权利要求1所述基于结构光测量的涂胶信息检测方法，其特征在于：线结构光传感器的采样率为500～2000帧/s；线结构光传感器相对被涂胶条的移动速度为70～150mm/s。
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