CN113188484B - 一种热轧卷头部轮廓面积检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热轧卷头部轮廓面积检测方法，包括：利用3D线扫描相机和面阵相机相结合的方式，对待检测热轧卷的头部轮廓进行检测，通过3D线扫描相机获取头部轮廓点的高度信息，通过面阵相机获取头部轮廓点在水平面内的二维坐标信息，得到头部轮廓在水平面上的投影平面；基于头部轮廓点的高度信息和头部轮廓点的二维坐标信息，获取头部轮廓对应的空间平面；计算出投影平面的面积，并基于空间平面与投影平面间的夹角计算出空间平面的面积，作为待检测热轧卷的头部轮廓实际面积。通过上述方案，本发明实现了在热轧带卷头部发生翘起或瓢曲等异常情况下，准确计算其头部轮廓面积的效果。

Description

一种热轧卷头部轮廓面积检测方法

技术领域

本发明涉及机器视觉无损检测技术领域，特别涉及一种热轧卷头部轮廓面积检测方法。

背景技术

在热轧卷生产过程中，当粗轧完成后在进入精轧前需对其不规则的头部进行剪切，优化剪切系统在优化剪切过程中需对剪切头部重量进行合理估算。实现该功能的关键在于准确的识别出热轧卷头部的轮廓形状并计算其准确面积。

传统的使用单面阵相机的方案可以在大部分情况下，实现对钢板头部轮廓的识别和面积计算，但该方法实际上得到的是热轧卷头部形状的投影面积，在头部翘起和瓢曲的情况下无法准确的进行钢板轮廓面积计算。

而单一的3D线扫描相机由于数据处理量大，在采集线速率(每秒钟能够扫描的线数量)上存在一定的限制，无法满足运动速度较快的热轧卷头部形状的快速扫描，导致轮廓边缘精度不高，不连续，面积计算偏差大的问题。

发明内容

本发明提供了一种热轧卷头部轮廓面积检测方法，以解决现有技术在热轧带卷的头部发生翘起或瓢曲等异常情况下无法对热轧卷头部轮廓面积进行准确计算的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种热轧卷头部轮廓面积检测方法，包括：

利用3D线扫描相机和面阵相机相结合的方式，对待检测热轧卷的头部轮廓进行检测，通过3D线扫描相机获取待检测热轧卷头部轮廓点的高度信息，通过面阵相机获取待检测热轧卷头部轮廓点在水平面内的二维坐标信息；

基于所述二维坐标信息，得到待检测热轧卷头部在水平面中的投影平面；基于所述高度信息和二维坐标信息，获取待检测热轧卷头部对应的空间平面；

计算出所述投影平面的面积及所述空间平面与所述投影平面间的夹角，基于所述空间平面与所述投影平面间的夹角，根据计算出的所述投影平面的面积，计算出所述空间平面的面积，作为待检测热轧卷的头部轮廓的实际面积。

进一步地，所述面阵相机包括第一面阵相机和第二面阵相机；

所述利用3D线扫描相机和面阵相机相结合的方式，对待检测热轧卷的头部轮廓进行检测，通过3D线扫描相机获取待检测热轧卷头部轮廓点的高度信息，通过面阵相机获取待检测热轧卷头部轮廓点在水平面内的二维坐标信息，包括：

沿待检测热轧卷的运行方向依次安装第一面阵相机、3D线扫描相机和第二面阵相机，使得所述第一面阵相机、3D线扫描相机和第二面阵相机的采集方向均垂直于待检测热轧卷所在平面，且所述3D线扫描相机的扫描线位于所述第一面阵相机的采集区域内，并标定出3D线扫描相机的扫描线在所述第一面阵相机采集区域中的位置P_u；其中，所述第一面阵相机用于实时检测待检测热轧卷是否进入其采集区域，所述第二面阵相机用于对待检测热轧卷头部轮廓进行检测；

当待检测热轧卷进入所述第一面阵相机的采集区域后，通过所述第一面阵相机采集待检测热轧卷的图像，并对所述第一面阵相机采集的图像使用预设的轮廓算法识别出轮廓点信息，获取轮廓点在待检测热轧长度方向上的位置；

计算各轮廓点与位置P_u之间的位置差异，得到最小的位置差异О_u；

根据待检测热轧卷的运行速度v和О_u，确定待检测热轧卷进入所述3D线扫描相机采集区域的时刻t₁，并在时刻t₁通过差分信号发生器触发所述3D线扫描相机，使得所述3D线扫描相机开始对待检测热轧卷进行数据采集；并根据v控制所述差分信号发生器的输出频率f，实现所述3D线扫描相机的等距采样；

标定出所述第二面阵相机与所述3D线扫描相机的间隔距离L_u；

根据L_u和v，判断待检测热轧卷的头部区域完全进入所述第二面阵相机采集区域的时刻t₂，并在时刻t₂通过所述差分信号发生器触发所述第二面阵相机，使得所述第二面阵相机采集到待检测热轧卷完整的头部图像，以得到头部轮廓。

进一步地，所述根据待检测热轧卷的运行速度v和О_u，确定待检测热轧卷进入所述3D线扫描相机采集区域的时刻t₁，包括：

根据待检测热轧卷的运行速度v，使用积分的方式计算出待检测热轧卷的实际移动距离：根据计算出的待检测热轧卷的实际移动距离和О_u，确定待检测热轧卷进入所述3D线扫描相机采集区域的时刻t₁。

进一步地，所述差分信号发生器的输出频率f与待检测热轧卷的运行速度v之间的关系为：

f＝v/Δ_u2

其中，Δ_u2表示所述3D线扫描相机的采样精度。

进一步地，所述根据L_u和v判断待检测热轧卷的头部区域完全进入所述第二面阵相机采集区域的时刻t₂，并在时刻t₂通过所述差分信号发生器触发所述第二面阵相机，使得所述第二面阵相机采集到待检测热轧卷完整的头部图像，以得到头部轮廓，包括：

从所述3D线扫描相机开始采集时使用积分的方式计算热轧卷移动长度；

当计算出的长度L满足L>(L_u+u₁-ε)时，通过所述差分信号发生器触发所述第二面阵相机，同时控制所述3D线扫描相机停止工作；使得所述第二面阵相机采集到待检测热轧卷完整的头部图像，以得到头部轮廓，其中，u₁表示所述第二面阵相机采集区域的长度，ε表示预设的允许偏差范围值，ε的值大于0。

进一步地，基于所述高度信息和二维坐标信息，获取待检测热轧卷头部对应的空间平面，包括：

建立空间坐标系，以所述3D线扫描相机获取的头部轮廓点的高度信息作为相应轮廓点的竖直坐标，结合相应轮廓点在水平面内的二维坐标，得到相应轮廓点在所建立的空间坐标系内的三维坐标，得到头部轮廓对应的空间平面。

进一步地，所述计算出所述投影平面的面积及所述空间平面与所述投影平面间的夹角，基于所述空间平面与所述投影平面间的夹角，根据计算出的所述投影平面的面积，计算出所述空间平面的面积，作为待检测热轧卷的头部轮廓的实际面积，包括：

将所述投影平面划分为多个三角形区域，计算出每一三角形区域的面积；

确定所述投影平面中各三角形区域在空间平面中所对应的空间三角平面；

确定每一空间三角平面的三个端点的坐标，根据所述空间三角平面的三个端点的坐标计算出对应的空间三角平面的法向量；并根据空间三角平面的法向量确定所述空间三角平面与对应的所述投影平面中的三角形区域之间的夹角；

根据计算出的三角形区域的面积和当前三角区域与其对应的空间三角平面间的夹角，计算出对应的空间三角平面的面积；将各空间三角平面的面积相加，得到所述空间平面的面积，作为待检测热轧卷头部轮廓所围成区域的实际面积。

进一步地，所述确定每一空间三角平面的三个端点的坐标，包括：

采用最邻近原则，获取空间坐标系中每一空间三角平面的三个端点的坐标。

本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明利用面阵相机完成钢板轮廓在x,y水平面上的投影轮廓识别，利用3D线扫描相机完成钢板表面信息的采集，采集信息包括钢板在x,y,z坐标上的信息。将投影区域划分为多个三角形区域，建立合适的空间坐标系，通过3D线扫描相机获取的高度信息获取构成空间三角平面三个点的近似高度信息，计算出空间三角平面对应的投影面积信息，计算出空间三角平面的法向量，进行面积变换求取空间三角平面的面积，对各个空间三角平面求和，获得实际热轧卷头部轮廓面积。从而采用面阵相机和3D线扫描相机相结合的方式，实现了在热轧带卷头部发生翘起或瓢曲等异常情况下准确计算热轧卷头部轮廓面积的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的热轧卷头部轮廓面积检测方法的原理图；

图2为本发明实施例提供的定位面阵相机和3D线扫描相机关系图；

图3为本发明实施例提供的轮廓面阵相机和3D线扫描相机的关系图；

图4为本发明实施例提供的空间三角平面和投影三角平面关系图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本实施例提供了一种热轧卷头部轮廓面积检测方法，该方法包括：

利用3D线扫描相机和面阵相机相结合的方式，对待检测热轧卷的头部轮廓进行检测，通过3D线扫描相机获取待检测热轧卷头部轮廓点的高度信息，通过面阵相机获取待检测热轧卷头部轮廓点在水平面内的二维坐标信息；

基于所述二维坐标信息，得到待检测热轧卷头部在水平面中的投影平面；基于所述高度信息和二维坐标信息，获取待检测热轧卷头部对应的空间平面；

计算出所述投影平面的面积及所述空间平面与所述投影平面间的夹角，基于所述空间平面与所述投影平面间的夹角，根据计算出的所述投影平面的面积，计算出所述空间平面的面积，作为待检测热轧卷的头部轮廓的实际面积。

具体地，如图1所示，本实施例的方法所需要的设备包括第一面阵相机、第二面阵相机、3D线扫描相机、测速设备以及多通道的差分信号发生器；其中测速设备为激光测速仪或其他任意可行的测速设备；3D线扫描相机一次可完成一条线n个点的高度信息获取，获取的每个点信息是一个三维信息，包括了点在平面上二维坐标信息和高度信息，该相机的工作过程和线阵相机类似，区别是线阵相机获取的是平面上点的亮度信息，而3D线扫相机获取的是高度信息。

基于上述，本实施例的热轧卷头部轮廓面积检测方法的实现过程具体如下：

步骤一、沿待检测热轧卷的运行方向依次安装第一面阵相机、3D线扫描相机和第二面阵相机；其中，第一面阵相机、3D线扫描相机和第二面阵相机的采集方向均垂直于待检测热轧卷所在平面，且3D线扫描相机的扫描线位于第一面阵相机的采集区域内；如图2所示，第一面阵相机可以最先检测到待检测热轧卷的进入，用于实时检测待检测热轧卷是否进入其采集区域，实现待检测热轧卷的定位，以保证3D线扫描相机可以准确的采集到热轧卷头部，3D线扫描相机的扫描线需保证位于第一面阵相机的采集范围内；第一面阵相机采用内触发方式，3D线扫描相机和第二面阵相机采用外触发方法来精确控制采集的时机。

第一面阵相机采用内触发方式进行采集图像，由于需要及时判断出是否有待检测热轧卷头部进入，所以需要使用高的帧速率(帧速率表示每秒钟可以采集图像的数量)，过大的采集图像会导致帧速率不高，因为第一面阵相机可以不需要完整的拍摄出钢卷头部，只需要检测待检测热轧卷头部是否进入，所以可以考虑适当减小采集图像的大小。第二面阵相机用于完成热轧卷头部轮廓的采集，该相机采用外触发工作方式，需要由外部信号来控制该相机的采集时机。

此处，需要提前标定第一面阵相机采集范围位置与相机采集图像像素间的对应关系，如第一面阵相机采集图像大小为x×y，采集区域范围为w×u；其中，w表示待检测热轧卷宽度方向，u表示待检测热轧卷长度方向，所以在宽度方向上精度为：Δ_w＝w/x，该数值越小表示精度越高；长度方向(运动方向)上的精度为Δ_u＝u/y，该数值越小表示精度越高。此外，还需提前标定出3D线扫描相机的扫描线在第一面阵相机采集图像的y方向的位置P_y，对应的3D线扫描相机的扫描线在第一面阵相机采集区域位置为P_u＝Δ_u×P_y。

步骤二、利用高速采集的面阵相机检测热轧卷头部的进入，使用测速设备获取热轧卷运行速度，根据提前标定的3D线扫描相机的扫描线位置，和检测出来的轮廓点信息，准确计算需要控制差分信号发生器发出信号控制3D线扫描相机进行采集的时刻，保证3D线扫描相机可以采集到热轧卷的头部，具体如下：

当待检测热轧卷进入第一面阵相机的采集区域后，通过第一面阵相机采集待检测热轧卷的图像，并对第一面阵相机采集的图像使用预设的轮廓算法识别出轮廓点信息，设检测出的轮廓点在图像y方向的位置为α_y，根据u方向的精度，对应的u方向位置为：α_u＝α_y×Δ_u。

计算各轮廓点位置α_u与P_u间的位置差异，取最小的位置差异О_u＝min(P _u-α_u)，也即，头部轮廓与位置P_u的最近距离，如图2所示，设对应最小О_u的轮廓点为E；下一步工作是希望E点位置要被3D线扫描相机准确扫描到。

利用测速设备获取待检测热轧卷的运行速度v，根据待检测热轧卷的运行速度v和О_u来决定经过多少时长t后开始控制差分信号发生器发出触发信号，触发3D线扫描相机开始工作，保证3D线扫描相机的第一条扫描线可扫描到E点。

其中，需要说明的是，由于待检测热轧卷的速度可能会发生变化，因此，本实施例采用积分的方法计算待检测热轧卷的实际移动距离，公式如下：

通过上述计算过程，当到达时间t后，也即当待检测热轧卷头部移动距离达到О_u时，可以使用差分信号发生器发出触发信号，以控制3D线扫描相机开始进行数据采集，保证3D线扫描相机可以采集到热轧卷头部轮廓信息。

步骤三、在3D线扫描相机被触发后，根据运行速度v来控制差分信号发生器的输出频率f，实现3D线扫描相机的等距采样；即每条扫描线在u方向上等距；其中，3D线扫描相机一次扫描可获得扫描位置的多个点的高度信息，和普通线阵相机类似，差别在于线阵相机获得的是扫描位置的多个点的灰度信息，由于3D线扫描相机能使用的最高采集线速率(线速率表示每秒钟扫描的线数量)有要求，设3D线扫描相机能使用的最高采集线速率(线速率表示每秒钟扫描的线数量)为γ，在u方向钢卷运动的最高速度为ν_max，可实现的精度为Δ_u2：

Δ_u2＝ν_max/γ+ζ,ζ>0

其中，ζ为选取的一个大于0的数，保证可以实现该采集线速率。由于3D线扫描相机的数据处理量要大一些，通常可实现的精度比面阵相机可实现的精度要低一些。差分信号发生器的输出信号频率计算公式为：

f＝ν/Δ_u2

此外，3D线扫描相机在待检测热轧卷宽度方向上的精度需要进行标定，设3D线扫描相机一次完成n个点的扫描，扫描范围为w₂毫米，则3D线扫描相机在w方向的精度为：

Δ_w2＝w₂/n

Δ_u2、Δ_w2这两个参数可以在后期用于判断第二面阵相机采集到头部图像的位置与3D线扫描相机获取到的头部高度变化信息的位置对应。

由于3D线扫描相机也可以获取到钢卷的轮廓信息，因为没有钢板的地方检测到的z值会是一个很大的数值或无效值，所以也可以获取到钢卷轮廓，但由于3D线扫描相机采集线速率(线速率表示每秒钟可以扫描线的数量)不高，所以得到的轮廓点会比第二面阵相机检测到的轮廓点要少一些。

步骤四、如图3所示，第二面阵相机要晚于3D线扫描相机检测到待检测热轧卷的进入，提前标定出第二面阵相机与3D线扫描相机的间隔距离L_u；其中，第二面阵相机采集区域为w₁×u₁，通常来说w₁>w，u₁>u，因为需要一次将整个热轧卷的头部区域尽量拍摄完整，不需要高的采集帧速率(帧速率表示每秒可以采集的图像数量)。

保证头部边缘位置不超过3D线扫描相机的扫描线，所以第一面阵相机不需要将整个头部范围都采集完整，这是第一面阵相机和第二面阵相机的区别，设第二面阵相机的采集图像大小为x₁×y₁，由于采集区域增大了，为保证精度，采集图像的大小也相应的增大，所以通常来说，x₁>x,y₁>y。更大的采集图像意味着采集帧速率会降低。第二面阵相机对应的精度为Δ_w1＝w₁/x₁，Δ_u1＝u₁/y₁。

步骤五、在3D线扫描相机开始采集后，跟踪热轧卷头部的位置，当热轧卷头部到达第二面阵相机指定采集区域位置时，控制差分信号发生器发出脉冲触发信号，保证一次完整的拍摄出热轧卷头部图像，为保证尽量将热轧卷的头部一次拍全，可以在头部轮廓的边缘位置即将离开到第二面阵相机采集区域范围时进行拍摄，考虑该允许偏差范围为ε。具体实现过程如下：

根据L_u和v，判断待检测热轧卷的头部区域完全进入第二面阵相机采集区域的时刻；当待检测热轧卷头部轮廓的边缘位置即将离开到第二面阵相机采集区域范围时，通过差分信号发生器控制第二面阵相机对待检测热轧卷的头部进行拍摄，使得第二面阵相机可以一次性采集到待检测热轧卷完整的头部图像。

通过测速设备获取待检测热轧卷的运行速度ν，从3D线扫描相机开始采集时进行长度积分计算，计算的长度需满足L>(L_u+u₁-ε)，其中，ε表示允许偏差范围，该值大于0，满足该条件时通过控制差分信号发生器另一路输出一个差分信号来触发第二面阵相机进行单幅图像采集，同时3D线扫描相机停止工作。

其中，该第二面阵相机不需要高采集帧速率，所以可以选择更大的采集图像大小和采集范围。可以通过根据生产过程统计出来的钢卷头部最大的长度信息来选择合适的相机参数，保证该第二面阵相机可以将钢卷头部完整拍摄下来。

步骤六、根据第二面阵相机拍摄到的热轧卷头部投影图像，检测出投影轮廓的信息，将投影区域划分为多个三角形区域，建立合适的空间坐标系，通过3D线扫描相机获取的高度信息，获取构成空间三角平面三个点的近似高度信息，计算出空间三角平面对应的投影面积信息，计算出空间三角平面的法向量，进行面积变换求取空间三角平面的面积，对各个空间三角平面进行求和，获得实际热轧卷头部轮廓面积，具体如下：

对第二面阵相机采集的图像进行轮廓检测，获取待检测热轧卷头部轮廓投影平面，将投影平面区域划分为多个小三角形来计算总的投影面积S₁：

其中，δ_i表示投影平面上单个小三角形面积；n表示划分的小三角形数量。

上面计算得到的面积是钢板头部的投影到平面上的图像信息，正常情况下，该面积与实际面积差异不大，但如果待检测热轧卷头部发生瓢曲或翘起等异常情况时会有较大偏差。因此，本实施例继续执行以下步骤，以对计算出的上述面积进行修正，得到实际的空间三角平面的面积，修正算法利用第二面阵相机采集的二维轮廓信息结合3D线扫描相机获取的轮廓点的高度信息来计算出实际的待检测热轧卷头部面积，具体如下：

建立空间坐标系，以3D线扫描相机获取的头部轮廓点的高度信息作为相应轮廓点的竖直坐标，结合相应轮廓点在水平面内的二维坐标，得到相应轮廓点在所建立的空间坐标系内的三维坐标，得到头部轮廓对应的空间平面；

确定各三角形区域在空间平面中所对应的空间三角平面；其中，如图4所示，空间三角平面需要使用三个坐标点p₁(x₁,y₁,z₁)，p₂(x₂,y₂,z₂)，p₃(x₃,y₃,z₃)来进行表示；

在投影平面上表示高度坐标的z₁＝z₂＝z₃＝0，所以本实施例通过3D线扫描相机扫描得到的轮廓点的高度信息来获取投影平面上的这三个点在空间坐标系中的z坐标，通过p₁,p₂,p₃可以计算出空间三角平面的法向量，具体如下：

计算向量

计算向量

计算由p₁,p₂,p₃构成的空间平面的法向量：

其中，i表示x方向上的单位向量，j表示y方向的单位向量，k表示z方向的单位向量。

通过法向量

就可以计算出空间平面与投影平面之间的夹角θ为：

所以实际计算出来的空间上平面的面积S应该为：

其中，δ_i表示投影平面上第i个三角形面积；n表示划分的小三角形数量。

此处，需要说明的是，由于第二面阵相机精度高，获取到的轮廓面上的点要多于3D线扫描相机计算出来的轮廓面上的点，不能做到一一对应，但由于钢卷头部的变形大部分情况下是一个连续变化的过程，如果两个点足够近的话，可以认为这两个点的z坐标差异较小，即连续性原理：

可以采用最邻近原则，获取空间中这三个点的位置坐标。设S为3D线扫描相机检测得到的钢卷头部投影面上的所有点组成集合,p′为第二面阵相机检测到钢卷头部投影面上的点。如果需要找出与p′对应的最合适的S集合中的点，可以采用下列公式：

这里前面加上一个负号表示实际是计算这两个点构成向量2-范数的最小值。得到p点后，也就获得了对应的z坐标值，这样就可以计算空间三角平面的法向量了。

下面说明一下如果将第二面阵相机检测出来的轮廓区域的各个点与3D线扫描相机对应的各个点进行关联起来。

第二面阵相机和3D线扫描相机都垂直于待检测热轧卷所在平面，所以采集的都是待检测热轧卷头部投影区域。

由于在步骤二中可保证3D线扫描相机采集的第一条线位于到图3中所示E点，后续每一条线的之间的间隔可通过步骤三中进行保证，在根据3D线扫描相机提前标定出的Δ_w2精度，3D线扫描相机计算得到的轮廓面上的各个点相对于E点的位置就可以得到了。第二面阵相机根据采集的图像可准确的找到E点信息，根据第二面阵相机的标定得到的精度Δ_w1，Δ_u1，就可以定位出各点相对与E点的位置，所以在空间坐标系的选择上，可以考虑使用E点作为坐标原点，这样就可方便的将第二面阵相机和3D线扫描相机的轮廓区域中的点关联起来了。

综上，本实施例利用面阵相机完成钢板轮廓在x,y水平面上的投影轮廓识别，利用3D线扫描相机完成钢板表面信息采集，采集信息包括钢板在x,y,z坐标上的信息。将投影区域划分为多个三角形区域，建立合适的空间坐标系，通过3D线扫描相机获取的高度信息获取构成空间三角平面三个点的近似高度信息，计算出空间三角平面对应的投影面积信息，计算出空间三角平面的法向量，进行面积变换求取空间三角平面的面积，对各个空间三角平面求和，获得实际热轧卷头部轮廓面积。采用面阵相机和3D线扫描相机相结合的方式，实现了在热轧带卷头部发生翘起或瓢曲等异常情况下准确计算头部轮廓面积的效果。

此外，需要说明的是，本发明可提供为方法、装置或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

最后需要说明的是，以上所述是本发明优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本发明优选实施例，但对于本技术领域的技术人员来说，一旦得知了本发明的基本创造性概念，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。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

Claims (7)

1.一种热轧卷头部轮廓面积检测方法，其特征在于，包括：

利用3D线扫描相机和面阵相机相结合的方式，对待检测热轧卷的头部轮廓进行检测，通过3D线扫描相机获取待检测热轧卷头部轮廓点的高度信息，通过面阵相机获取待检测热轧卷头部轮廓点在水平面内的二维坐标信息；

基于所述二维坐标信息，得到待检测热轧卷头部在水平面中的投影平面；基于所述高度信息和二维坐标信息，获取待检测热轧卷头部对应的空间平面；

计算出所述投影平面的面积及所述空间平面与所述投影平面间的夹角，基于所述空间平面与所述投影平面间的夹角，根据计算出的所述投影平面的面积，计算出所述空间平面的面积，作为待检测热轧卷的头部轮廓的实际面积；

所述面阵相机包括第一面阵相机和第二面阵相机；

所述利用3D线扫描相机和面阵相机相结合的方式，对待检测热轧卷的头部轮廓进行检测，通过3D线扫描相机获取待检测热轧卷头部轮廓点的高度信息，通过面阵相机获取待检测热轧卷头部轮廓点在水平面内的二维坐标信息，包括：

沿待检测热轧卷的运行方向依次安装第一面阵相机、3D线扫描相机和第二面阵相机，使得所述第一面阵相机、3D线扫描相机和第二面阵相机的采集方向均垂直于待检测热轧卷所在平面，且所述3D线扫描相机的扫描线位于所述第一面阵相机的采集区域内，并标定出3D线扫描相机的扫描线在所述第一面阵相机采集区域中的位置P_u；其中，所述第一面阵相机用于实时检测待检测热轧卷是否进入其采集区域，所述第二面阵相机用于对待检测热轧卷头部轮廓进行检测；

当待检测热轧卷进入所述第一面阵相机的采集区域后，通过所述第一面阵相机采集待检测热轧卷的图像，并对所述第一面阵相机采集的图像使用预设的轮廓算法识别出轮廓点信息，获取轮廓点在待检测热轧长度方向上的位置；

计算各轮廓点与位置P_u之间的位置差异，得到最小的位置差异О_u；

根据待检测热轧卷的运行速度v和О_u，确定待检测热轧卷进入所述3D线扫描相机采集区域的时刻t₁，并在时刻t₁通过差分信号发生器触发所述3D线扫描相机，使得所述3D线扫描相机开始对待检测热轧卷进行数据采集；并根据v控制所述差分信号发生器的输出频率f，实现所述3D线扫描相机的等距采样；

标定出所述第二面阵相机与所述3D线扫描相机的间隔距离L_u；

根据L_u和v，判断待检测热轧卷的头部区域完全进入所述第二面阵相机采集区域的时刻t₂，并在时刻t₂通过所述差分信号发生器触发所述第二面阵相机，使得所述第二面阵相机采集到待检测热轧卷完整的头部图像，以得到头部轮廓。

2.如权利要求1所述的热轧卷头部轮廓面积检测方法，其特征在于，所述根据待检测热轧卷的运行速度v和О_u，确定待检测热轧卷进入所述3D线扫描相机采集区域的时刻t₁，包括：

根据待检测热轧卷的运行速度v，使用积分的方式计算出待检测热轧卷的实际移动距离：根据计算出的待检测热轧卷的实际移动距离和О_u，确定待检测热轧卷进入所述3D线扫描相机采集区域的时刻t₁。

3.如权利要求1所述的热轧卷头部轮廓面积检测方法，其特征在于，所述差分信号发生器的输出频率f与待检测热轧卷的运行速度v之间的关系为：

f＝v/Δ_u2

其中，Δ_u2表示所述3D线扫描相机的采样精度。

4.如权利要求1所述的热轧卷头部轮廓面积检测方法，其特征在于，所述根据L_u和v判断待检测热轧卷的头部区域完全进入所述第二面阵相机采集区域的时刻t₂，并在时刻t₂通过所述差分信号发生器触发所述第二面阵相机，使得所述第二面阵相机采集到待检测热轧卷完整的头部图像，以得到头部轮廓，包括：

从所述3D线扫描相机开始采集时使用积分的方式计算热轧卷移动长度；

当计算出的长度L满足L>(L_u+u₁-ε)时，通过所述差分信号发生器触发所述第二面阵相机，同时控制所述3D线扫描相机停止工作；使得所述第二面阵相机采集到待检测热轧卷完整的头部图像，以得到头部轮廓，其中，u₁表示所述第二面阵相机采集区域的长度，ε表示预设的允许偏差范围值，ε的值大于0。

5.如权利要求1所述的热轧卷头部轮廓面积检测方法，其特征在于，基于所述高度信息和二维坐标信息，获取待检测热轧卷头部对应的空间平面，包括：

建立空间坐标系，以所述3D线扫描相机获取的头部轮廓点的高度信息作为相应轮廓点的竖直坐标，结合相应轮廓点在水平面内的二维坐标，得到相应轮廓点在所建立的空间坐标系内的三维坐标，得到头部轮廓对应的空间平面。

6.如权利要求5所述的热轧卷头部轮廓面积检测方法，其特征在于，所述计算出所述投影平面的面积及所述空间平面与所述投影平面间的夹角，基于所述空间平面与所述投影平面间的夹角，根据计算出的所述投影平面的面积，计算出所述空间平面的面积，作为待检测热轧卷的头部轮廓的实际面积，包括：

将所述投影平面划分为多个三角形区域，计算出每一三角形区域的面积；

确定所述投影平面中各三角形区域在空间平面中所对应的空间三角平面；

确定每一空间三角平面的三个端点的坐标，根据所述空间三角平面的三个端点的坐标计算出对应的空间三角平面的法向量；并根据空间三角平面的法向量确定所述空间三角平面与对应的所述投影平面中的三角形区域之间的夹角；

根据计算出的三角形区域的面积和当前三角区域与其对应的空间三角平面间的夹角，计算出对应的空间三角平面的面积；将各空间三角平面的面积相加，得到所述空间平面的面积，作为待检测热轧卷头部轮廓所围成区域的实际面积。

7.如权利要求6所述的热轧卷头部轮廓面积检测方法，其特征在于，所述确定每一空间三角平面的三个端点的坐标，包括：

采用最邻近原则，获取空间坐标系中每一空间三角平面的三个端点的坐标。

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