CN114527551A - 基于圆锥镜面反射的目标外壁全貌成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于圆锥镜面反射的目标外壁全貌成像系统，包括信息采集系统和信息分析系统；所述信息采集系统包含图像采集器和带有锥面的反射镜，待测对象放置在反射镜的锥形面内，所述图像采集器正对反射镜的锥形面，用于采集待测对象在反射镜的锥形面上反射的图像信息；所述信息分析系统用于分析图像采集器采集到的图像信息。该基于圆锥镜面反射的目标外壁全貌成像系统，解决了现有技术中单目相机检测不到目标的整体表面以及多目相机无法实时检测的缺点。

Description

基于圆锥镜面反射的目标外壁全貌成像系统

技术领域

本发明属于精密仪器技术领域，具体涉及一种基于圆锥镜面反射的目标外壁全貌成像系统。

背景技术

近些年，随着人工智能的不断发展，人们对轮廓检测的需求越来越多。从最开始的数字识别到现在的面部识别、裂缝检测、缺陷检测以及位置识别等，全都用到了轮廓识别的方法，轮廓检测已经在我们周围各行各业，方方面面都起到了积极的作用。

然而，目前的轮廓检测技术大多只能检测被测目标在一个角度的投影，难以检测到目标的整体表面，这就需要多个摄像头一起对多幅图像进行标定及拼接，才能得到完成的目标的整体表面图像，这样会影响整体的实时性，因此，提出一种能单幅图像检测目标整体表面特征就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于圆锥镜面反射的目标外壁全貌成像系统，解决现有技术中单目相机检测不到目标的整体表面以及多目相机无法实时检测的缺点。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于圆锥镜面反射的目标外壁全貌成像系统，包括信息采集系统和信息分析系统；所述信息采集系统包含图像采集器和带有锥面的反射镜，待测对象放置在反射镜的锥形面内，所述图像采集器正对反射镜的锥形面，用于采集待测对象在反射镜的锥形面上反射的图像信息；所述信息分析系统用于分析图像采集器采集到的图像信息。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述图像采集器为相机。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述反射镜包含圆柱形，所述圆柱体内沿其轴向设置有锥形面。

作为本发明的一种优选的技术方案，用于检测规则和非规则的物体外壁全貌。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述信息分析系统具体按照以下步骤实施：

步骤1，将摄像头采集到的图像根据底面尺寸d₁，d₂，……，d_n等分为底面图像D与侧面图像S，其中：d₁，d₂，……，d_n以及n的取值由目标的实际情况决定；

步骤2，将步骤1得到的侧面图像S放置在极坐标系内，得到其每个像素点关于极轴ρ，转角θ的表示形式，记为S(ρ,θ)；令θ为x轴，ρ为y轴将S(ρ,θ)进行映射得到复原图像，记为S_T(ρ,θ)，复原图S_T(ρ,θ)与底面图像D便为最终结果，通过分析这两幅图像得到目标的整理表面轮廓以及缺陷。

本发明的有益效果是：本发明的一种基于圆锥镜面反射的目标外壁全貌成像系统，可以对规则的目标外壁轮廓全貌进行检测，还可以对不规则的目标外壁轮廓全貌进行检测，只要使用一台相机就能完成，解决了现有技术中单目相机检测不到目标的整体表面以及多目相机无法实时检测的缺点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一种基于圆锥镜面反射的目标外壁全貌成像系统的工作原理图；

图2是本发明一种基于圆锥镜面反射的目标外壁全貌成像系统中反射镜的结构示意图；

图3是立体结构映射平面图效果图；

图4是图像分割原理图；

图5是映射原理图；

图6是采集瓶盖结果图；

图7是图6映射结果图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的一种基于圆锥镜面反射的目标外壁全貌成像系统，包括信息采集系统和信息分析系统；信息采集系统包含图像采集器1和带有锥面的反射镜3，待测对象2放置在反射镜3的锥形面内，图像采集器1正对反射镜3的锥形面，用于采集待测对象2在反射镜3的锥形面上反射的图像信息；信息分析系统用于分析图像采集器采集到的图像信息。图像采集器1为相机，反射镜3包含圆柱体，圆柱体内沿其轴向设置有锥形面。

如图2所示：其为图1中反射镜3的结构图。可以得到，反射镜3整体结构为一个圆柱体机构，在其顶面为一个内凹的倒立圆锥结构，且此面被加工成镜面精度。这就保证采集目标在同一高度的特征可以对应分布在一个同心圆范围内。而相对高度越高的特征则分布在较外圈同心圆上，如图3所示，这就保证了目标表面特征的完全映射。

令锥镜的中心夹角为β，检测目标的相对高度记为h，则检测目标处于锥镜投影圈的位置如公式1所示。

可以得到，圆锥反射镜整体结构为一个圆柱结构，在其顶面为一个内凹的倒立圆锥结构，且此面被加工成镜面精度。这就保证采集目标在同一高度的特征可以对应分布在一个同心圆范围内。而相对高度越高的特征则分布在较外圈同心圆上，如图3所示，这就保证了目标表面特征的完全映射。

令锥镜的中心夹角为β，检测目标的相对高度记为h，则检测目标处于锥镜投影圈的位置如公式1所示。

本发明不仅可以检测如图3所示的圆柱目标，而且可以检测不规则物体。在此情况下，同心圆变成不规则图案，但是，仍满足上文所示规律。

信息分析系统具体按照以下步骤实施：

步骤1，将摄像头采集到的图像根据底面尺寸d₁，d₂，……，d_n等分为底面图像D与侧面图像S，其原理如图4所示，其中：d₁，d₂，……，d_n以及n的取值由目标的实际情况决定；

步骤2，将步骤1得到的侧面图像S放置在极坐标系内，得到其每个像素点关于极轴ρ，转角θ的表示形式，记为S(ρ,θ)，其原理如图5所示；令θ为x轴，ρ为y轴将S(ρ,θ)进行映射得到复原图像，记为S_T(ρ,θ)，复原图S_T(ρ,θ)与底面图像D便为最终结果，通过分析这两幅图像得到目标的整理表面轮廓以及缺陷。结合图6和图7，图6是采集瓶盖结果图，图7是图6映射结果图。

因此，与现有技术相比，本发明的一种基于圆锥镜面反射的目标外壁全貌成像系统，可以对规则的目标外壁轮廓全貌进行检测，还可以对不规则的目标外壁轮廓全貌进行检测，只要使用一台相机就能完成，解决了现有技术中单目相机检测不到目标的整体表面以及多目相机无法实时检测的缺点。

上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于圆锥镜面反射的目标外壁全貌成像系统，其特征在于，包括信息采集系统和信息分析系统；所述信息采集系统包含图像采集器和带有锥面的反射镜，待测对象放置在反射镜的锥形面内，所述图像采集器正对反射镜的锥形面，用于采集待测对象在反射镜的锥形面上反射的图像信息；所述信息分析系统用于分析图像采集器采集到的图像信息。

2.根据权利要求1所述的基于圆锥镜面反射的目标外壁全貌成像系统，其特征在于，所述图像采集器为相机。

3.根据权利要求2所述的基于圆锥镜面反射的目标外壁全貌成像系统，其特征在于，所述反射镜包含圆柱形，所述圆柱体内沿其轴向设置有锥形面。

4.根据权利要求3所述的基于圆锥镜面反射的目标外壁全貌成像系统，其特征在于，用于检测规则和非规则的物体外壁全貌。

5.根据权利要求4所述的基于圆锥镜面反射的目标外壁全貌成像系统，其特征在于，所述信息分析系统具体按照以下步骤实施：

步骤1，将摄像头采集到的图像根据底面尺寸d₁，d₂，……，d_n等分为底面图像D与侧面图像S，其中：d₁，d₂，……，d_n以及n的取值由目标的实际情况决定；

步骤2，将步骤1得到的侧面图像S放置在极坐标系内，得到其每个像素点关于极轴ρ，转角θ的表示形式，记为S(ρ,θ)；令θ为x轴，ρ为y轴将S(ρ,θ)进行映射得到复原图像，记为S_T(ρ,θ)，复原图S_T(ρ,θ)与底面图像D便为最终结果，通过分析这两幅图像得到目标的整理表面轮廓以及缺陷。

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