CN114494407A - 一种用于测距的图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种用于测距的图像处理方法，用于基于测距图像获取被测物体的厚度，所述被测物体由透明材质制成，包括：使用激光传感器向被测物体发出激光光束；获取被测物体反射的光束的2个光斑的像素位置和对应的电压值，基于第一设定电压阈值将两个光斑的电压值分开形成两个电压值集；基于灰度质心算法获取两个电压值集对应的像素位置集的质心，根据质心和三角测距原理获取激光发射器与被测物体上的前表面和后表面距离L1和L2；基于L₁和L₂获取被测物体的厚度。本申请充分利用了多重反射获取被测物体的厚度，能够降低测厚成本。

Description

一种用于测距的图像处理方法

技术领域

本申请涉及光学测量技术领域，具体涉及一种用于测距的图像处理方法。

背景技术

现实生活中，需要对很多产品的厚度进行测量，以确保产品质量合格。目前，常用的测厚方法为根据光谱共焦方法测量被测物体的厚度，该测厚方法使用激光发射器向被测物体发出激光光束，经过色散透镜将所述激光光束分成多个激光光束打在被测物体上表面，被测物体离所述激光发射器的距离需满足该波长的激光光束的汇聚点在被测物体上，该波长激光光束才会被反射回去，根据反射回去的激光光束的波长获取被测物体的厚度，通过光谱共焦的方法获取被测物体的厚度精度较高，但是该方法获取被测物的厚度的成本较高，且多个波长不同的激光光束的汇聚点均在被测物体上，量程短，不适合用来测量距离远、厚度大的被测物体。

发明内容

针对上述技术问题，本申请实施例提供一种用于测距的图像处理方法，用于至少解决上述技术问题之一。

本申请采用的技术方案为：

本申请实施例提供一种用于测距的图像处理方法，用于基于测距图像获取被测物体的厚度，所述被测物体由透明材质制成，包括平行设置的前表面和后表面，所述方法包括如下步骤：

S1，使用激光发射器向被测物体的前表面发射激光光束，所述被测物体的反射率被设置为使得所述激光光束分别通过所述被测物体的前表面和后表面形成2次反射；

S2，使用线阵图像传感器获取2次反射后形成的第一光斑和第二光斑，即形成2个光斑。

S3，获取所述线阵图像传感器上的两个光斑中的每个像素的位置和电压值，分别形成像素位置集形成S=（S₁，S₂，S₃，……，S_m）和对应的电压值集U=（U₁，U₂，U₃，……，U_m），S_i为第i个像素的位置，i的取值为1到m，m为2个光斑中的像素数量；U_i为S_i对应的电压值；

S4，遍历U，基于第一设定电压阈值K1获取第一电压值组U₁=（U¹ ₁，U² ₁，…，U^k1 ₁）和第二电压值组U₂=（U¹ ₂，U² ₂，…，U^k2 ₂），其中，U^j ₁为U₁中的第j个电压值，U^j ₁≥K1，j的取值为1到k1，k1为U₁中的电压值的数量；U^t ₂为U₂中的第t个电压值，U^t ₂≥K1，t的取值为1到k2，k2为U₂中的电压值的数量；

S5，基于U₁中的U¹ ₁和U^k1 ₁，从U中获取位于U¹ ₁之前的均大于或均大于等于K2的p1个电压值并加入到U¹ ₁的前面以及获取位于U^k1 ₁之后的均大于或均大于等于K2的p1个后电压值并加入到U^k1 ₁的后面，形成第一目标电压值组；K2为第二设定电压阈值，K2＜K1；

S6，基于U₂中的U¹ ₂和U^k2 ₂，从U中获取位于U¹ ₂之前的均大于或均大于等于K2的p2个电压值并加入到U¹ ₂的前面以及获取位于U^k2 ₂之后的均大于或均大于等于K2的p2个后电压值并加入到U^k2 ₂的后面，形成第二目标电压值组；其中，第一目标电压值组中的最后一个电压值和第二目标电压值组中的第一个电压值之间至少间隔p3个电压值；

S7，基于所述第一目标电压值组和第二目标电压值组获取对应的第一像素位置组和第二像素位置组，并基于获取的第一像素位置组和第二像素位置组计算对应的第一质心位置和第二质心位置；

S8，基于计算的第一质心位置、第二质心位置和三角测量原理获取激光发射器与被测物体的前表面和后表面之间的第一距离L1和第二距离L2；

S9，获取∣L2-L1∣作为所述被测物体的厚度。

本申请实施例提供的用于测距图像的数据处理方法，首先使用第一设定电压阈值将线阵图像传感器上的激光光斑对应的电压值集合U分成数据断开的2个电压值组，接着，使用第二设定电压阈值从U中获取与第一电压值组和第二电压值组的两端的电压值相邻的多个电压值，使得第一电压值组和第二电压值组中的电压尽可能的完整，然后，基于完整的两个电压值组和三角测距原理获取激光发射器与被测物体的前表面和后表面之间的距离，最后，基于获得的两个距离得到被测物体的厚度，能够利用被测物体的背景噪声获取被测物体的厚度，与现有技术相比，能够降低测厚成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的一种用于测距的图像处理方法的流程示意图；

图2为本申请一实施例的测量示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施例提供的一种用于测距的图像处理方法的流程示意图。图2为本申请一实施例的测量示意图。

本申请实施例提供的用于测距图像的数据处理方法，如图2所示，用于基于测距图像获取被测物体1的厚度，所述被测物体由透明材质制成，包括平行设置的前表面和后表面，如图1所示，所述方法包括如下步骤：

S1，使用激光发射器2向被测物体发射激光光束。

在本申请实施例中，激光发射器可为现有结构，例如，包括激光发射管和透镜等，激光发射管用于发射激光，激光通过所述透镜聚焦或准直后透射到被测物体上。激光发射器向被测物体发射的激光光束与测量面垂直。

在本申请实施例中，被测物体的反射率满足：能够使得所述激光光束分别通过所述被测物体的前表面和后表面形成2次反射。

在一个示意性实施例中，所述被测物体为单层玻璃，并且在测厚过程中，被测物体的前表面和后表面没有设置任何支撑件。在该实施例中，被测物体的前表面和后表面的反射率不同，从而使得激光发射器向所述玻璃发射激光光束时，经前表面和后表面能够形成2次反射。例如，在一个实施例中，前表面的反射率大于后表面的反射率，在另一个示意性实施例中，前表面的反射率可小于后表面的反射率。

在另一个示意性实施例中，被测物体为单层玻璃，且在测厚过程中，放置在支撑载体上。在该实施例中，单层玻璃的前表面和后表面的反射率可相同，被测物体的后表面放置在支撑载体上，但是被测物体的透明度大于支撑载体的透明度，支撑载体可具有一定的透明度或者不具备透明度，使得激光光束能够通过玻璃的后表面入射到支撑载体上再反射到玻璃的后表面进而形成二次反射。

S2，使用线阵图像传感器3获取2次反射后形成的第一光斑和第二光斑，即形成2个光斑。

在本申请实施例中，所述线阵图像传感器可为现有结构，例如，可为线阵CMOS线阵图像传感器。经被测物体反射回去的光束在所述线阵图像传感器上形成激光光斑，如图2所示：经被测物体发射后的光束会在线阵图像传感器上形成激光光斑，每个光斑具有一个汇聚中心。其中，2个激光光斑按照被测物体的前表面和后表面与激光发射器的距离的远近分布在线阵图像传感器的对应位置处，例如，按照由近及远的距离依次由线阵图像传感器的左侧向右侧排列，或者依次由线阵图像传感器的右侧向左侧排列。在本申请实施例中，如图2所示，按照由近及远的距离依次由线阵图像传感器的左侧向右侧排列，即经被测物体的前表面反射的光束形成的第一光斑位于线阵图像传感器的左侧，经被测物体的后表面反射的光束形成的第二光斑位于第一光斑的右侧。2个激光光斑可以是连续的光斑，即两个光斑具有交集区域。2个激光光斑也可以独立的光斑，即两个光斑之间不存在交集区域。2个光斑是否连续，基于被测物体的厚度确定，如果厚度较大，则形成的2个光斑会不连续，如果厚度较小，则形成的2个光斑会存在交集区域。

S3，获取所述线阵图像传感器上的n个光斑中的每个像素的位置和电压值，分别形成像素位置集形成S=（S₁，S₂，S₃，……，S_m）和对应的电压值集U=（U₁，U₂，U₃，……，U_m），S_i为第i个像素的位置，i的取值为1到m，m为2个光斑中的像素数量；U_i为S_i对应的电压值。

在本申请实施例中，线阵图像传感器会根据获取的光斑的光强，得到线阵上的每个像素点的位置和电压值，并发送给信号处理装置例如处理器，信号处理装置会将每个像素点的位置即每个像素点的编号和对应的电压值进行索引保存，即电压值集U会对应像素位置集S=（S₁，S₂，S₃，……，S_m），S_i为第i个像素的位置，其中，S₁＜S₂＜S₃，……＜S_m。每个像素的位置基于线阵图像传感器的线阵尺寸确定。

S4，遍历U，基于第一设定电压阈值K1获取第一电压值组U₁=（U¹ ₁，U² ₁，…，U^k1 ₁）和第二电压值组U₂=（U¹ ₂，U² ₂，…，U^k2 ₂），其中，U^j ₁为U₁中的第j个电压值，U^j ₁≥K1，j的取值为1到k1，k1为U₁中的电压值的数量；U^t ₂为U₂中的第t个电压值，U^t ₂≥K1，t的取值为1到k2，k2为U₂中的电压值的数量。

在本申请实施例中，K1被设置为能够使得从形成的n个光斑中获取每个光斑的电压值组，每个光斑的电压值组为去除了噪声得到的电压值组。在一具体示例中，可基于S和U绘制电压像素曲线图，其中，电压像素曲线图的纵坐标为电压值，横坐标为像素值，这样，可得到2个光斑的曲线，该曲线包括波峰和波谷区域。为找到实际需要的曲线段，本申请设置K1使得各个光斑的曲线之间存在断开区域，从而得到每个光斑的有效曲线段。

具体地，在一个实施例中，k1=（∑^a _s=1 U^sp1+2*∑^b _w=1 U^wv+∑^c _x=1 U^xp2）/4，其中，U^sp1∈Up1=（U¹p1，U²p1，…，U^ap1），s的取值为1到a，a为Up1中的电压数量；Up1为基于U和S获取的电压拟合曲线中的第一波峰电压子集；U^wv∈Uv=（U¹v，U²v，…，U^bv），w的取值为1到b，b为Uv中的电压数量，Uv电压拟合曲线中的波谷电压子集；U^xp1∈Up2=（U¹p2，U²p2，…，U^cp2），x的取值为1到c，c为Up2中的电压数量，U^xp1为电压拟合曲线中的第二波峰电压子集。

在本申请实施例中，电压拟合曲线的横坐标为每个像素点的像素位置，横坐标为对应的电压值。

本领域技术人员知晓，获取第一波峰电压子集、第二波峰电压子集和波谷电压子集可采用现有技术获取，例如，分箱法等。由于测量可能存在波动，会导致波峰和波谷区域会存在波动，因此，基于波峰电压子集和波谷电压子集计算K1，能够使得获得的K1能够更好的断开两个光斑图像。

在获取每个电压值组时，可将U中的每个电压值都与K1进行比较，由于U中的电压值对应的曲线存在波峰和波谷区域，因此，能够获取2个大于K1的电压值组。

S5，基于U₁中的U¹ ₁和U^k1 ₁，从U中获取位于U¹ ₁之前的均大于或均大于等于K2的p1个电压值并加入到U¹ ₁的前面以及获取位于U^k1 ₁之后的均大于或均大于等于K2的p1个后电压值并加入到U^k1 ₁的后面，形成第一目标电压值组；K2为第二设定电压阈值，K2＜K1。

S6，基于U₂中的U¹ ₂和U^k1 ₂，从U中获取位于U¹ ₂之前的均大于或均大于等于K2的p2个电压值并加入到U¹ ₂的前面以及获取位于U^k2 ₂之后的均大于或均大于等于K2的p2个后电压值并加入到U^k2 ₂的后面，形成第二目标电压值组；其中，第一目标电压值组中的最后一个电压值和第二目标电压值组中的第一个电压值之间至少间隔p3个电压值，可基于实际需要设置p3的具体值，在一个示意性实施例中，p3≥10。

在本申请实施例中，由于K1是为了找出2个光斑的波峰区域段，因此K1的值会设置得比较大，这样会使得每个光斑的数据会不完整，进而会导致计算结果不准确，因此，为使得每个光斑的数据尽可能的完整，本申请实施例使用第二设定阈值K2，以使得每个光斑的数据尽可能的完整，同时又能避免噪声光产生的干扰。

在本申请一示意性实施例中，K2满足如下条件：

K2＞U₀max并且K2被设置为使得第一目标电压值组中的最后一个电压值和第二目标电压值组中的第一个电压值之间至少间隔p3个电压值；其中，U₀max为在关闭激光发射器的情况下，获取的线阵图像传感器上的电压值组中的最大电压值。在关闭激光发射器的情况下，由于环境光和线阵图像传感器中的暗电流等噪声光，会导致线阵图像传感器上形成光斑图像，进而会存在电压值，因此，将K2设置为大于U₀max，能够避免噪声光带来的干扰。

本领域技术人员知晓，S5和S6的顺序可同时执行或者依次执行或者互换执行。

S7，基于所述第一目标电压值组和第二目标电压值组获取对应的第一像素位置组和第二像素位置组，并基于获取的第一像素位置组和第二像素位置组计算对应的第一质心位置和第二质心位置。

本领域技术人员知晓，基于所述目标电压值组获取对应的像素值可为现有技术，例如，可采用加强权质心算法，将光斑中心部分区域像素增强，使得计算出来的质心更加准确，除加权质心算法之外还可采用灰度质心算法、阈值质心算法等现有技术计算光斑的质心位置。

S8，基于计算的第一质心位置、第二质心位置和三角测量原理获取激光发射器与被测物体的前表面和后表面之间的第一距离L1和第二距离L2；

本领域技术人员知晓，根据第一质心位置、第二质心位置和三角测距原理计算激光发射器与所述被测物体的前表面和后表面之间的距离为现有技术。

S9，获取∣L2-L1∣作为所述被测物体的厚度。

在本申请实施例中，上述步骤S1至步骤S10可在处理器中执行，所述处理器为现有结构，例如MCU。

在本申请实施例中，对于存在多层反射的被测物体，第二光斑属于背景噪声，在计算被测物体厚度时，根据所述被测物体的前表面反射回去光束形成的光斑和被测物的后表面面反射回去的光束形成的光斑获取被测物体的厚度，有效的利用了背景噪声，相比于现有技术的测厚方法，能够节约测厚成本。并且利用了第一设定阈值和第二设定阈值对光斑对应的电压值进行了处理，能够在尽可能消除噪声的前提下，提高测厚的准确性。

在另一个实施例中，本申请实施例提供的测厚方法还可以用于对层状体的多层厚度进行测厚，只要该层状体的每层的反射率被设置为能够获取到对应的光斑图像即可。对形成的光斑图像处理和基于处理后的数据得到每层的厚度的方式可与前述方式相同，即利用相邻两个反射面所反射的相邻光斑所决定的两个灰度质心根据三角法测距所计算出的两个距离相减得到的厚度值。

虽然已经通过示例对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本申请的范围和精神。本申请开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种用于测距的图像处理方法，其特征在于，用于基于测距图像获取被测物体的厚度，所述被测物体由透明材质制成，包括平行设置的前表面和后表面，所述方法包括如下步骤：

S1，使用激光发射器向被测物体的前表面发射激光光束，所述被测物体的反射率被设置为使得所述激光光束分别通过所述被测物体的前表面和后表面形成2次反射；

S2，使用线阵图像传感器获取2次反射后形成的第一光斑和第二光斑，即形成2个光斑；

S3，获取所述线阵图像传感器上的两个光斑中的每个像素的位置和电压值，分别形成像素位置集形成S=（S₁，S₂，S₃，……，S_m）和对应的电压值集U=（U₁，U₂，U₃，……，U_m），S_i为第i个像素的位置，i的取值为1到m，m为2个光斑中的像素数量；U_i为S_i对应的电压值；

S4，遍历U，基于第一设定电压阈值K1获取第一电压值组U₁=（U¹ ₁，U² ₁，…，U^k1 ₁）和第二电压值组U₂=（U¹ ₂，U² ₂，…，U^k2 ₂），其中，U^j ₁为U₁中的第j个电压值，U^j ₁≥K1，j的取值为1到k1，k1为U₁中的电压值的数量；U^t ₂为U₂中的第t个电压值，U^t ₂≥K1，t的取值为1到k2，k2为U₂中的电压值的数量；

S5，基于U₁中的U¹ ₁和U^k1 ₁，从U中获取位于U¹ ₁之前的均大于或均大于等于K2的p1个电压值并加入到U¹ ₁的前面以及获取位于U^k1 ₁之后的均大于或均大于等于K2的p1个后电压值并加入到U^k1 ₁的后面，形成第一目标电压值组；K2为第二设定电压阈值，K2＜K1；

S6，基于U₂中的U¹ ₂和U^k2 ₂，从U中获取位于U¹ ₂之前的均大于或均大于等于K2的p2个电压值并加入到U¹ ₂的前面以及获取位于U^k2 ₂之后的均大于或均大于等于K2的p2个后电压值并加入到U^k2 ₂的后面，形成第二目标电压值组；其中，第一目标电压值组中的最后一个电压值和第二目标电压值组中的第一个电压值之间至少间隔p3个电压值；

S7，基于第一目标电压值组和第二目标电压值组获取对应的第一像素位置组和第二像素位置组，并基于获取的第一像素位置组和第二像素位置组计算对应的第一质心位置和第二质心位置；

S8，基于计算的第一质心位置、第二质心位置和三角测量原理获取激光发射器与被测物体的前表面和后表面之间的第一距离L1和第二距离L2；

S9，获取∣L2-L1∣作为所述被测物体的厚度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，k1=（∑^a _s=1 U^sp1+2*∑^b _w=1 U^wv+∑^c _x=1U^xp2）/4，其中，U^sp1∈Up1=（U¹p1，U²p1，…，U^ap1），s的取值为1到a，a为Up1中的电压数量；Up1为基于U和S获取的电压拟合曲线中的第一波峰电压子集；U^wv∈Uv=（U¹v，U²v，…，U^bv），w的取值为1到b，b为Uv中的电压数量，Uv电压拟合曲线中的波谷电压子集；U^xp1∈Up2=（U¹p2，U²p2，…，U^cp2），x的取值为1到c，c为Up2中的电压数量，U^xp1为电压拟合曲线中的第二波峰电压子集。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

K2＞U₀max并且K2被设置为使得第一目标电压值组中的最后一个电压值和第二目标电压值组中的第一个电压值之间至少间隔p3个电压值；其中，U₀max为在关闭激光发射器的情况下，获取的线阵图像传感器上的电压值组中的最大电压值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述被测物体的前表面和后表面的反射率不同。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述被测物体放置在支撑载体上，所述支撑载体的透明度小于所述被测物体的透明度。

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