CN111521838A - 一种线面阵相机相结合的热轧卷测速方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种线面阵相机相结合的热轧卷测速方法，能够降低对面阵相机采集帧速率的要求。所述方法包括：通过测速标定确定线阵相机的固定采集线速率；触发线面阵相机同时采集待测速的热轧卷图像，利用线阵相机在不同运动速度下使用同一固定采集线速率会造成图像变形的特点，将面阵相机采集的单张图像和线阵相机采集的图像进行对比，根据采集的图像中变化区域的变形情况，确定热轧卷的实际运动速度；其中，线面阵相机包括：面阵相机和线阵相机，线面阵相机都位于热轧钢板的正上方，且线面阵相机位于同一高度同一水平位置。本发明涉及机器视觉应用技术领域。

Description

一种线面阵相机相结合的热轧卷测速方法
技术领域
本发明涉及机器视觉应用技术领域，特别是指一种线面阵相机相结合的热轧卷测速方法。
背景技术
为保证准确定位缺陷的位置，需要获取检测位置处热轧卷的准确速度，目前从产线1级或2级接收过来的速度往往不能准确的对应到检测位置的速度，会造成一定的偏差，需要安装独立的测速装置，激光测速方式成本较高，而常见的单面阵图像测速方式需要采集多张图像，通过重合区域的变化情况来来判断物体的移动，热轧带钢移动速度快，达到15m/s左右，为保证图像存在重合区域，需要面阵相机有很高采集帧速率，高采集帧速率的面阵相机成本会高很多，而且过高的采集帧速率也会造成相机曝光时间过短，导致图像质量降低影响测速精度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种线面阵相机相结合的热轧卷测速方法，以解决现有技术所存在的需要具有高采集帧速率的面阵相机、且过高的采集帧速率会造成图像质量降低影响测速精度的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种线面阵相机相结合的热轧卷测速方法，包括：
通过测速标定确定线阵相机的固定采集线速率；
触发线面阵相机同时采集待测速的热轧卷图像，利用线阵相机在不同运动速度下使用同一固定采集线速率会造成图像变形的特点，将面阵相机采集的单张图像和线阵相机采集的图像进行对比，根据采集的图像中变化区域的变形情况，确定热轧卷的实际运动速度；
其中，线面阵相机包括：面阵相机和线阵相机，线面阵相机都位于热轧钢板的正上方，且线面阵相机位于同一高度同一水平位置。
进一步地，面阵相机的采集区域为M1×N1，其中，M1表示面阵相机在钢板宽度方向上的采集范围，N1表示面阵相机在钢板长度方向上的采集范围；
面阵相机感光器件的分辨率为W1×L1；
面阵相机在钢板宽度方向上的精度α1＝M1/W1；
面阵相机在钢板长度方向上的精度σ1＝N1/L1；
其中，α1＝σ1。
进一步地，线阵相机在钢板宽度方向上的精度α2＝M2/W2，其中，M2表示线阵相机在钢板宽度方向上的采集范围，W2表示线阵相机感光器件的分辨率；
其中，M2>＝M1，采集线位置位于面阵相机在钢板长度方向上的采集范围N1内。
进一步地，在通过测速标定确定线阵相机的固定采集线速率之前，所述方法还包括：
确定在钢板宽度方向上线面阵相机之间的像素位置映射关系，其中，确定的线面阵相机之间的像素位置映射关系表示为：
WP2＝(WP1×α1)/α2
其中，WP1为面阵相机在钢板宽度方向上的像素位置，WP2为线阵相机在钢板宽度方向上的像素位置，α1为面阵相机在钢板宽度方向上的精度，α2为线阵相机在钢板宽度方向上的精度。
进一步地，所述通过测速标定确定线阵相机的固定采集线速率包括：
按照已知的标定速度ν将热轧卷匀速通过测速位置，利用双路PWM信号发生器同一时刻发送不同频率的外触发信号给面阵相机和线阵相机进行图像采集，其中，在标定的采集时长t内，双路PWM信号发生器给面阵相机发送1个脉冲方波，所述脉冲方波触发面阵LED光源进行高亮度照明，面阵相机在脉冲方波上升沿开始采集热轧卷的图像，线阵相机按照双路PWM信号发生器在同一时刻发送的固定脉冲频率f1采集热轧卷的图像；
确定线阵相机采集到的图像高度L2和线阵相机在钢板长度方向上的精度σ2之间的关系为：σ2＝N1/L2＝ν/f1，其中，N1表示面阵相机在钢板长度方向上的采集范围，α2表示线阵相机在钢板宽度方向上的精度；
根据α2＝σ2，对固定脉冲频率f1进行修正，得到修正后的固定脉冲频率f2＝f1×(β1/β2)，其中，β1为面阵相机采集图像中变化区域Δ1的像素长宽比，β2为Δ2区域的像素长宽比，Δ2区域是根据线面阵相机之间的像素位置映射关系得到的变化区域Δ1对应的线阵相机的同一采集区域；
将f2作为线阵相机的固定采集线速率。
进一步地，采用的是一组配备窄带滤色镜的面阵相机、线阵相机和单色面阵LED光源。
进一步地，所述触发线面阵相机同时采集待测速的热轧卷图像，利用线阵相机在不同运动速度下使用同一固定采集线速率会造成图像变形的特点，将面阵相机采集的单张图像和线阵相机采集的图像进行对比，根据采集的图像中变化区域的变形情况，确定热轧卷的实际运动速度包括：
待测速的热轧卷通过测速位置，利用双路PWM信号发生器同一时刻发送不同频率的外触发信号给面阵相机和线阵相机进行图像采集；
利用线阵相机在不同运动速度下使用同一固定采集线速率会造成图像变形的特点，将面阵相机采集的单张图像和线阵相机采集的图像进行对比，获取面阵相机采集到的待测速的热轧卷的图像中变化区域Δ1，按照线面阵相机之间的像素位置映射关系，得到线阵相机采集图像中的对应区域Δ2；
确定Δ1区域的像素长宽比β1及Δ2区域的像素长宽比β2；
根据确定的Δ1区域的像素长宽比β1、Δ2区域的像素长宽比β2及标定速度ν，确定热轧卷的实际运动速度。
进一步地，确定的热轧卷的实际运动速度表示为：
ν1＝ν×(β1/β2)
其中，ν1表示热轧卷的实际运动速度。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，利用线阵相机高采集线速率，结合线阵相机和面阵相机同时采集的特点，线阵相机和面阵相机采集的图像必然会有重合，利用线阵相机在不同运动速度下使用同一固定采集线速率会造成图像变形的特点，将面阵相机采集的单张图像与线阵相机采集的图像进行对比分析，根据采集的图像中变化区域的变形情况，确定热轧卷的实际运动速度，这样，仅使用单张面阵相机图像即可准确计算出热轧卷的实际运动速度，相对传统面阵相机测速需要保证不同时刻采集的前后图像有重合的情况下才能完成速度的计算，降低了在热轧卷高速运动的情况下对面阵相机采集帧速率要求。
附图说明
图1为本发明实施例提供的线面阵相机相结合的热轧卷测速方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的热轧卷测速方法涉及的硬件结构示意图；
图3为本发明实施例提供的双路PWM信号示意图；
图4为本发明实施例提供的线面阵相机变化区域示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的具有高采集帧速率的面阵相机、且过高的采集帧速率会造成图像质量降低影响测速精度的问题，提供一种线面阵相机相结合的热轧卷测速方法。
如图1所示，本发明实施例提供的线面阵相机相结合的热轧卷测速方法，包括：
S101，通过测速标定确定线阵相机的固定采集线速率；
S102，触发线面阵相机同时采集待测速的热轧卷图像，利用线阵相机在不同运动速度下使用同一固定采集线速率会造成图像变形的特点，将面阵相机采集的单张图像和线阵相机采集的图像进行对比，根据采集的图像中变化区域的变形情况，确定热轧卷的实际运动速度；
其中，线面阵相机包括：面阵相机和线阵相机，线面阵相机都位于热轧钢板的正上方，且线面阵相机位于同一高度同一水平位置。
本发明实施例所述的线面阵相机相结合的热轧卷测速方法，利用线阵相机高采集线速率，结合线阵相机和面阵相机同时采集的特点，线阵相机和面阵相机采集的图像必然会有重合，利用线阵相机在不同运动速度下使用同一固定采集线速率会造成图像变形的特点，将面阵相机采集的单张图像与线阵相机采集的图像进行对比分析，根据采集的图像中变化区域的变形情况，确定热轧卷的实际运动速度，这样，仅使用单张面阵相机图像即可准确计算出热轧卷的实际运动速度，相对传统面阵相机测速需要保证不同时刻采集的前后图像有重合的情况下才能完成速度的计算，降低了在热轧卷高速运动的情况下对面阵相机采集帧速率要求。
本发明实施例提供的线面阵相机相结合的热轧卷测速方法，涉及的设备包括：1个线阵相机、1个面阵相机、面阵LED(Light Emitting Diode，发光二极管)光源和双通道PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号发生器，如图2所示。
在前述线面阵相机相结合的热轧卷测速方法的具体实施方式中，进一步地，面阵相机的采集区域为M1×N1，其中，M1表示面阵相机在钢板宽度方向上的采集范围，N1表示面阵相机在钢板长度方向上的采集范围；
面阵相机感光器件的分辨率为W1×L1；
面阵相机在钢板宽度方向上的精度α1＝M1/W1；
面阵相机在钢板长度方向上的精度σ1＝N1/L1；
其中，α1＝σ1。
如图2所示，在进行测速之前，需在热轧钢板正上方安装面阵相机和线阵相机，且线阵相机位于同一高度同一水平位置，这样，使得面阵相机能够实现的采集区域为M1×N1，M1、N1使用毫米(mm)为单位；面阵相机感光器件的分辨率可以使用像素(piexl)为单位。
在前述线面阵相机相结合的热轧卷测速方法的具体实施方式中，进一步地，线阵相机在钢板宽度方向上的精度α2＝M2/W2，其中，M2表示线阵相机在钢板宽度方向上的采集范围，W2表示线阵相机感光器件的分辨率；
其中，M2>＝M1，采集线(线阵相机拍摄视野为细长的带状线)位置位于面阵相机在钢板长度方向上的采集范围N1内。
本实施例中，线阵相机与面阵相机安装在同一高度同一水平位置，位于热轧卷钢板正上方，线阵相机在钢板宽度方向上的采集范围M2以毫米(mm)为单位，线阵相机感光器件的分辨率W2以像素(piexl)为单位。
本实施例中，M2>＝M1能够保证线阵相机在钢卷宽度方向上覆盖面阵相机的采集区域，保证采集环境尽量一致，提供了位置图像对比可能性。
在前述线面阵相机相结合的热轧卷测速方法的具体实施方式中，进一步地，在通过测速标定确定线阵相机的固定采集线速率之前，所述方法还包括：
确定在钢板宽度方向上线面阵相机之间的像素位置映射关系，其中，确定的线面阵相机之间的像素位置映射关系表示为：
WP2＝(WP1×α1)/α2
其中，WP1为面阵相机在钢板宽度方向上的像素位置，WP2为线阵相机在钢板宽度方向上的像素位置，α1为面阵相机在钢板宽度方向上的精度，α2为线阵相机在钢板宽度方向上的精度。
本实施例中，所述通过测速标定确定线阵相机的固定采集线速率，具体可以包括以下步骤：
A1，按照已知的标定速度ν将热轧卷匀速通过测速位置，利用双路PWM信号发生器同一时刻发送不同频率的外触发信号给面阵相机和线阵相机进行图像采集，其中，在标定的采集时长t内，双路PWM信号发生器给面阵相机发送1个脉冲方波，所述脉冲方波触发面阵LED光源进行高亮度照明，面阵相机在脉冲方波上升沿开始采集热轧卷的单张图像，线阵相机按照双路PWM信号发生器在同一时刻发送的固定脉冲频率f1采集热轧卷的图像，如图3所示；其中，标定的采集时长t和标定速度ν之间存在如下关系：
t＝N1/ν
A2，确定线阵相机采集到的图像高度L2和线阵相机在钢板长度方向上的精度σ2之间的关系为：σ2＝N1/L2＝ν/f1，其中，L2＝f1×t＝f1×N1/ν，N1表示面阵相机在钢板长度方向上的采集范围，α2表示线阵相机在钢板宽度方向上的精度；
A3，根据α2＝σ2，对固定脉冲频率f1进行修正，得到修正后的固定脉冲频率f2＝f1×(β1/β2)，其中，β1为面阵相机采集图像中变化区域Δ1的像素长宽比，β2为Δ2区域的像素长宽比，Δ2区域是根据线面阵相机之间的像素位置映射关系得到的变化区域Δ1对应的线阵相机的同一采集区域；
A4，将f2作为线阵相机的固定采集线速率。
本实施例中，在步骤A3中，可以先利用线阵相机在不同运动速度下使用同一固定采集线速率会造成图像变形的特点，将面阵相机采集的单张图像和线阵相机采集的图像进行对比，获取面阵相机采集图像中变化区域Δ1，然后根据线面阵相机之间的像素位置映射关系，获取对应线阵相机的同一采集区域Δ2，Δ1和Δ2对应于同一实物区域，所以具有相同尺寸大小，考虑到面阵相机采集区域精度相同，即α1＝σ1，设Δ1区域的像素长宽比为β1＝h1/w1，Δ2区域的像素长宽比为β2＝h2/w2，为保证线阵相机采集区域精度相等的要求，即α2＝σ2，需要对固定脉冲频率f1进行修正，得到修正后的固定脉冲频率f2＝f1×(β1/β2)，如图4所示。
本实施例中，以某一已知的标定速度ν按照步骤A1-A4完成测速标定工作，确定合适的线阵相机的固定采集线速率。
在前述线面阵相机相结合的热轧卷测速方法的具体实施方式中，进一步地，采用的是一组配备窄带滤色镜的面阵相机、线阵相机和单色面阵LED光源。
本实施例中，单色面阵LED光源结合窄带滤色镜能够滤除热轧卷红色背景光干扰。
在前述线面阵相机相结合的热轧卷测速方法的具体实施方式中，进一步地，所述触发线面阵相机同时采集待测速的热轧卷图像，利用线阵相机在不同运动速度下使用同一固定采集线速率会造成图像变形的特点，将面阵相机采集的单张图像和线阵相机采集的图像进行对比，根据采集的图像中变化区域的变形情况，确定热轧卷的实际运动速度包括：
待测速的热轧卷通过测速位置，利用双路PWM信号发生器同一时刻发送不同频率的外触发信号给面阵相机和线阵相机进行图像采集；
利用线阵相机在不同运动速度下使用同一固定采集线速率会造成图像变形的特点，将面阵相机采集的单张图像和线阵相机采集的图像进行对比，获取面阵相机采集到的待测速的热轧卷的图像中变化区域Δ1，按照线面阵相机之间的像素位置映射关系，得到线阵相机采集图像中的对应区域Δ2；
确定Δ1区域的像素长宽比β1及Δ2区域的像素长宽比β2；
根据确定的Δ1区域的像素长宽比β1、Δ2区域的像素长宽比β2及标定速度ν，确定热轧卷的实际运动速度。
本实施例中，线阵相机存在采集线速率固定的情况下，物体速度发生变化时会导致图像区域拉伸变形的特点，依然可以采用面阵相机采集一幅图像，查找图像内容有变化的区域，获取该区域的像素长宽比β1，对应到线阵相机采集图像的同区域的像素长宽比β2，然后根据β1、β2及标定速度ν，确定热轧卷的实际运动速度，也就是说，可以通过分析面阵相机、线阵相机采集的同区域图像的变形程度，来计算热轧卷的实际运动速度。
在前述线面阵相机相结合的热轧卷测速方法的具体实施方式中，进一步地，确定的热轧卷的实际运动速度表示为：
ν1＝ν×(β1/β2)
其中，ν1表示热轧卷的实际运动速度。
本实施例中，热轧卷不存在倒退的情况，因此不需要考虑速度的正反情况。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种线面阵相机相结合的热轧卷测速方法，其特征在于，包括：
通过测速标定确定线阵相机的固定采集线速率；
触发线面阵相机同时采集待测速的热轧卷图像，利用线阵相机在不同运动速度下使用同一固定采集线速率会造成图像变形的特点，将面阵相机采集的单张图像和线阵相机采集的图像进行对比，根据采集的图像中变化区域的变形情况，确定热轧卷的实际运动速度；
其中，线面阵相机包括：面阵相机和线阵相机，线面阵相机都位于热轧钢板的正上方，且线面阵相机位于同一高度同一水平位置。
2.根据权利要求1所述的线面阵相机相结合的热轧卷测速方法，其特征在于，面阵相机的采集区域为M1×N1，其中，M1表示面阵相机在钢板宽度方向上的采集范围，N1表示面阵相机在钢板长度方向上的采集范围；
面阵相机感光器件的分辨率为W1×L1；
面阵相机在钢板宽度方向上的精度α1＝M1/W1；
面阵相机在钢板长度方向上的精度σ1＝N1/L1；
其中，α1＝σ1。
3.根据权利要求1所述的线面阵相机相结合的热轧卷测速方法，其特征在于，线阵相机在钢板宽度方向上的精度α2＝M2/W2，其中，M2表示线阵相机在钢板宽度方向上的采集范围，W2表示线阵相机感光器件的分辨率；
其中，M2>＝M1，采集线位置位于面阵相机在钢板长度方向上的采集范围N1内。
4.根据权利要求1所述的线面阵相机相结合的热轧卷测速方法，其特征在于，在通过测速标定确定线阵相机的固定采集线速率之前，所述方法还包括：
确定在钢板宽度方向上线面阵相机之间的像素位置映射关系，其中，确定的线面阵相机之间的像素位置映射关系表示为：
WP2＝(WP1×α1)/α2
其中，WP1为面阵相机在钢板宽度方向上的像素位置，WP2为线阵相机在钢板宽度方向上的像素位置，α1为面阵相机在钢板宽度方向上的精度，α2为线阵相机在钢板宽度方向上的精度。
5.根据权利要求1所述的线面阵相机相结合的热轧卷测速方法，其特征在于，所述通过测速标定确定线阵相机的固定采集线速率包括：
按照已知的标定速度ν将热轧卷匀速通过测速位置，利用双路PWM信号发生器同一时刻发送不同频率的外触发信号给面阵相机和线阵相机进行图像采集，其中，在标定的采集时长t内，双路PWM信号发生器给面阵相机发送1个脉冲方波，所述脉冲方波触发面阵LED光源进行高亮度照明，面阵相机在脉冲方波上升沿开始采集热轧卷的单张图像，线阵相机按照双路PWM信号发生器在同一时刻发送的固定脉冲频率f1采集热轧卷的图像；
确定线阵相机采集到的图像高度L2和线阵相机在钢板长度方向上的精度σ2之间的关系为：σ2＝N1/L2＝ν/f1，其中，N1表示面阵相机在钢板长度方向上的采集范围，α2表示线阵相机在钢板宽度方向上的精度；
根据α2＝σ2，对固定脉冲频率f1进行修正，得到修正后的固定脉冲频率f2＝f1×(β1/β2)，其中，β1为面阵相机采集图像中变化区域Δ1的像素长宽比，β2为Δ2区域的像素长宽比，Δ2区域是根据线面阵相机之间的像素位置映射关系得到的变化区域Δ1对应的线阵相机的同一采集区域；
将f2作为线阵相机的固定采集线速率。
6.根据权利要求5所述的线面阵相机相结合的热轧卷测速方法，其特征在于，采用的是一组配备窄带滤色镜的面阵相机、线阵相机和单色面阵LED光源。
7.根据权利要求5所述的线面阵相机相结合的热轧卷测速方法，其特征在于，所述触发线面阵相机同时采集待测速的热轧卷图像，利用线阵相机在不同运动速度下使用同一固定采集线速率会造成图像变形的特点，将面阵相机采集的单张图像和线阵相机采集的图像进行对比，根据采集的图像中变化区域的变形情况，确定热轧卷的实际运动速度包括：
待测速的热轧卷通过测速位置，利用双路PWM信号发生器同一时刻发送不同频率的外触发信号给面阵相机和线阵相机进行图像采集；
利用线阵相机在不同运动速度下使用同一固定采集线速率会造成图像变形的特点，将面阵相机采集的单张图像和线阵相机采集的图像进行对比，获取面阵相机采集到的待测速的热轧卷的图像中变化区域Δ1，按照线面阵相机之间的像素位置映射关系，得到线阵相机采集图像中的对应区域Δ2；
确定Δ1区域的像素长宽比β1及Δ2区域的像素长宽比β2；
根据确定的Δ1区域的像素长宽比β1、Δ2区域的像素长宽比β2及标定速度ν，确定热轧卷的实际运动速度。
8.根据权利要求7所述的线面阵相机相结合的热轧卷测速方法，其特征在于，确定的热轧卷的实际运动速度表示为：
ν1＝ν×(β1/β2)
其中，ν1表示热轧卷的实际运动速度。
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