CN213121672U

CN213121672U - 一种基于双目视觉的图像检测装置

Info

Publication number: CN213121672U
Application number: CN202120686131.5U
Authority: CN
Inventors: 吕晓云; 吴搏
Original assignee: Casi Vision Technology Luoyang Co Ltd; Casi Vision Technology Beijing Co Ltd
Current assignee: Casi Vision Technology Luoyang Co Ltd; Casi Vision Technology Beijing Co Ltd
Priority date: 2021-04-06
Filing date: 2021-04-06
Publication date: 2021-05-04
Anticipated expiration: 2031-04-06

Abstract

本实用新型公开了一种基于双目视觉的图像检测装置，包括图像获取模块、工控主机模块和支撑模块。所述图像获取模块，进一步包括：相机、转接环和两个镜头，用于采集被测物的表面图像；工控主机模块进一步包括：标定模块、匹配模块和优化模块，用于对所述图像获取模块采集到的图像进行计算、处理；所述支撑模块进一步包括：支撑架，用于放置被测物和固定所述图像获取模块。本实用新型图像检测装置利用单台相机进行图像获取，结构简单，节约成本；简化了硬件系统的调试步骤和标准；单台相机简化了图像标定的步骤，易于图像标定、图像匹配和图像检测。

Description

一种基于双目视觉的图像检测装置

技术领域

本实用新型属于机器视觉检测技术领域，尤其涉及一种基于双目视觉的图像检测装置。

背景技术

目前各类机器视觉检测系统推行普及，以往人工视觉检测由于精确性低、重复性差、速度慢、成本高的缺点，而且由于人工检测的准确性有限，无法保证产品的稳定质量，由此造成客户的投诉追究责任赔偿，会给企业带来较大的损失，所以人工检测逐渐被机器视觉系统所取代。

手机玻璃盖板，作为智能终端产品最重要的构成部件之一，每年伴随着手机出货量的不断增加，盖板的检测直接影响到盖板出货的品质。与各种普通日常使用的建筑玻璃不一样，应用在玻璃触摸屏上的盖板玻璃是相对特殊的薄平板玻璃，需要具备几个基本特性，如均质性、透明性、光洁性、平整性、化学稳定性及耐热性等，整体质量要求相对更高。

随着经济的快速发展，人们对智能手机的产品要求也越来越高，高清大屏幕手机越来越受欢迎的情况下，盖板玻璃的高质量高稳定性是非常重要的。因此，缺陷检测及分类系统也在快速发展，各类型的玻璃制造厂主要引进基于机器视觉的玻璃表面缺陷检测技术的系统，可以实现对玻璃表面缺陷的显示、识别和记录，能比较直接、及时的获取分析生产制造的异常信息，以改进指导生产。

机器视觉检测领域中，用二维检测的方式，被测物往往在图像上只能显示对比度的差异；然而，三维检测可以通过扫描和检测被测物的形状来测量目标物的几何特征，并且，被测物表面颜色的变化不会对测量结果产生影响。

双目视觉技术是一种三维立体成像系统，一般采用2台相机从不同位置获取被测物的两幅图像，通过对图像进行处理来获取被测物的三维几何信息。对于被测物上的同一点，需要在严格对齐的两相机中找到其对应的成像点，对两相机之间、两相机与被测物之间的空间几何位置要求严格；并且，需要通过图像标定，获取两相机的内参和两相机之间的关系。因此，在双目视觉的标定中，需要使两个相机对同一标定版进行多次采图，才能计算出两相机位置之间的关系，标定过程较为复杂。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术中对相机的空间位置要求较高、图像标定的过程复杂的问题，提供了一种简单易用的基于双目视觉的图像检测装置，通过单台相机和两个镜头即可获取被测物的双目图像，简化了硬件系统，不再需要两台相机、也没有两个相机严格调整在一个平面上的要求，并且由于两个图像本身来自于同一个芯片，使标定流程更加简化易操作，方便图像检测。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于双目视觉的图像检测装置，包括图像获取模块1、工控主机模块2和支撑模块3，所述图像获取模块1，进一步包括：相机101、转接环102、第一镜头1031和第二镜头1032，用于采集被测物的表面图像。

优选地，所述工控主机模块2进一步包括：标定模块、匹配模块、优化模块和计算模块，用于对所述图像获取模块采集到的图像进行计算、处理。

优选地，所述支撑模块3进一步包括：支撑架，用于放置被测物和固定所述图像获取模块1。

优选地，所述第一镜头1031与所述第二镜头1032通过所述转接环102安装在所述相机101上。

优选地，所述转接环102外圈设置有转接螺纹；所述相机101设置有相机螺纹；所述转接螺纹和所述相机螺纹规格相同，用于相互匹配安装。

优选地，所述转接环102内部设置有两个环中螺纹。

优选地，所述第一镜头1031设置有第一镜头螺纹。

优选地，所述第二镜头1032设置有第二镜头螺纹。

优选地，所述环中螺纹和和所述第一镜头螺纹、所述第二镜头螺纹规格相同，用于相互匹配安装。

优选地，所述转接环102中间设置遮挡片，所述遮挡片用于防止所述第一镜头1031和所述第二镜头1032成像相互干扰。

本实用新型有益效果包括：

（1）利用单台相机进行图像获取，结构简单，节约成本；

（2）简化了硬件系统的调试步骤和标准；

（3）单台相机简化了图像标定的步骤，易于图像标定、图像匹配和图像检测。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是一部分实施例或现有技术，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它的类似或相关附图。

图1为本实用新型实施例所述装置结构图；

图2为本实用新型实施例所述相机镜头安装示意图；

图3为本实用新型实施例所述转接环示意图；

图4为本实用新型实施例所述转接环主视图；

图5为本实用新型实施例所述光路原理图。

图中：1-图像获取模块；2-工控主机模块；3-支撑模块；101-相机；102-转接环；1031-第一镜头；1032-第二镜头。

具体实施方式

下面结合实施例详述本实用新型。为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下对本实用新型进一步详细说明，但本实用新型并不局限于这些实施例。

在本实用新型的一实施方式中，公开了一种基于双目视觉的图像检测装置，包括图像获取模块1、工控主机模块2和支撑模块3。

所述图像获取模块1，进一步包括：相机101、转接环102、第一镜头1031和第二镜头1032，用于采集被测物的表面图像；

工控主机模块2进一步包括：标定模块、匹配模块、优化模块和计算模块，用于对所述图像获取模块采集到的图像进行计算、处理；

所述支撑模块3进一步包括：支撑架，用于放置被测物和固定所述图像获取模块1。

作为优选，所述图像获取模块1，用于采集被测物的表面图像：调整所述图像获取模块1的位置，使之对被测物表面对焦清晰，设置所述相机101的采图参数，采集所述被测物的图像并保存；

所述标定模块，用于通过对所述相机101进行双目标定并进行多次采图、计算和优化得到相机内参和外参：将棋盘格放到指定测试位置，调整镜头对焦和相机参数，采集棋盘格的图像并保存；重复上述操作，获取并保存棋盘格的多组双目图像；从图像中提取棋盘格的角点，进行相关性计算，并多次迭代、优化，得到相机内参和相机外参；

所述匹配模块，用于对所述图像获取模块采集并保存的被测物的双目图像进行左右视角匹配，得到匹配结果；

所述优化模块，用于对所述匹配结果进行优化，得到优化结果；

所述计算模块，用于对优化结果进行被测物的三维坐标计算。

作为优选，所述第一镜头1031与所述第二镜头1032通过所述转接环102安装在所述相机101上。

作为优选，所述转接环102外圈是一圈螺纹，其规格和相机端的安装螺纹相同。

作为优选，所述转接环102内部两个环中螺纹与镜头端的安装螺纹相同。

作为优选，所述转接环102其上螺纹均为标准规格。

作为优选，所述转接环102中间设置遮挡片防止两个镜头成像相互干扰。

作为优选，所述匹配模块采用全局匹配算法对图像左右两部分的对应点进行匹配。

作为优选，所述优化模块采用约束函数对匹配结果进行优化。

作为优选，所述标定模块获取到的所述相机内参包括：焦距、图像中心、镜头像差；所述相机外参包括两视角的相关关系。

在本实用新型的另一实施方式中，提供了一种基于双目视觉的图像检测装置，包括图像获取模块1、工控主机模块2和支撑模块3，所述图像获取模块1，进一步包括：相机101、转接环102、第一镜头1031和第二镜头1032，用于采集被测物的表面图像。

优选地，所述转接环102内部设置有两个环中螺纹。

优选地，所述第一镜头1031设置有第一镜头螺纹。

优选地，所述第二镜头1031设置有第二镜头螺纹。

在本实用新型的再一实施方式中，还公开了一种基于双目视觉的图像检测装置，如图1所示，该装置包括：图像获取模块1、工控主机模块2和支撑模块3，图像获取模块进一步包括相机101、转接环102、第一镜头1031和第二镜头1032，如图2所示。

第一镜头1031和第二镜头1032是两个同款镜头，通过转接环102安装在相机101上，并清晰对焦在被测物的表面上，相机通过两个镜头能够一次获得被测物的两个视角的清晰的图像。部分场景下，自然光线下的亮度不够，相机101采集的图像信息会有不足，需要额外增加光源来提高图像亮度。光源可根据不同的应用场景选配，如线光源、同轴光源、环形光源，等等。

转接环102是一种特制的环，如图3所示。

特制转接环102能够实现相机与镜头“一对二”的安装，即与常规相机与镜头的使用不同，可以将两个镜头同时安装在一个相机上，其外圈是一圈外螺纹，其规格与相机端的安装螺纹相同，这样可以将其与相机进行安装；内部两个环中有与镜头端的安装螺纹相同的内螺纹，这样可以将其与镜头进行安装组合；同时，三圈螺纹是标准规格，可以与市面上通用的转接环、延长环相连接，方便与各种镜头、相机的光学接口进行安装或者转接。通过这种与转接环、延长环的配合，能够满足不同镜头成像的后截距，使被测物清晰成像在相机芯片上；

转接环的设计还考虑到，镜头安装以相机中心线为基准左右对称分布；同时，为充分利用相机的芯片，镜头的中心线比相机一半芯片的中心线更靠外侧，图4是转接环的主视图，可以清楚表示孔位中心线的位置。

转接环中间可设置遮挡片，以防止2个镜头同时成像时在同一个芯片中相互干扰，出现图像叠加错乱的情形；

相机安装后的结构如图2所示，第一镜头1031和第二镜头1032通过转接环102安装在相机101上，视不同镜头的需要，为满足镜头成像清晰的后截距，转接环102与相机101中间可安装延长环；对焦清晰后，通过本套系统就能够获取被测物双视角的成像，图5为光路原理图。

上述硬件系统搭建完成以后，进行图像采集，本系统通过1个相机和2个镜头组合，对同一个被测物进行采图，能够同时获取分别包含被测物的左右两个视角的信息的图像,基于采集的图像进行图像处理，通过计算图像上被测物对应点间的位置偏差可以得到被测物的高度信息，进而得到被测物的三维几何信息。

在获取被测物的图像之前，首先要对相机进行双目标定，对棋盘格进行采图，从图像中提取棋盘格的每一个角点，遍历两幅图中上每一个角点进行相关性计算：

其中，X表示两镜头之间的旋转矩阵，Y表示两镜头之间的平移矩阵。角标r、l分别表示左右视角。通过多次采图并多次计算、优化，最终可以得到：

相机内参：焦距、图像中心、镜头像差等；

相机外参：两视角的相关关系；

然后通过立体匹配算法将图像左右两部分的对应点匹配起来，一般用全局匹配算法：

其中，

表示匹配程度；

表示平滑项，体现定义场景的约束；C表示匹配代价；

表示惩罚项，指不同两像素p、q点的视差函数。

通过约束函数可对匹配进行优化，约束函数可用下式：

其中，

和

分别表示对应点的灰度值；

和

分别表示对应点与临近像素的灰度均值；下标R、T分别表示相机获取到的左右两图。

基于上述计算，进行三维坐标计算。

其中，

是视差；b是两视场中心的基准距离，可通过计算CCD尺寸获取，或者拍摄同一直尺通过成像计算；f是镜头的焦距；物体在三维坐标系中的坐标即通过上述计算后，由（X，Y，Z）组成。

这样，就实现了从图像上二维坐标点（x，y）到三维坐标系（X，Y，Z）的转换，将被测物图像的每一点在三维坐标系中显示，实现被测物的图像检测结果。

本实用新型基于双目视觉的图像检测装置，其实现对被测物进行图像检测的过程分为五个步骤：

S1图像获取：被测物放到指定测试位置并固定，相机101固定，调整第一镜头1031和第二1032对被测物表面对焦清晰，通过相机控制软件设置相机采图参数，采集被测物的图像，保存；

S2双目标定：将棋盘格放到指定测试位置，调整镜头对焦和相机参数，与S1类似，采集棋盘格的图像，保存；重复本步骤，获取并保存棋盘格的多组双目图像；从图像中提取棋盘格的角点，进行相关性计算，并多次迭代、优化，得到相机内参和相机外参；

S3立体匹配：对步骤S1中获取的被测物的双目图像，进行左右视角匹配，用全局匹配算法将图像左右两部分的对应点进行匹配：

S4:匹配优化：用约束函数对匹配进行优化：

S5：基于上述匹配后的图像进行被测物的三维坐标计算：

通过上述步骤获得了被测物上每一点的三维坐标（X，Y，Z），在三维坐标系中显示，就得到了被测物的图像检测结果。

实施例1：橡胶圈

（一）本组实验是将橡胶圈的原图、视差图、与三维图进行对比展示：

本实用新型设备采集处理后的视差图和本实用新型设备采集计算后的三维效果图。本实验所用的橡胶圈来自生产商提供，直径，管径，重量大约分别是10mm、1mm、2g。从三幅图的对比中我们看出，2D平面真实成像的图像信息和用伪彩表示的3D高度信息。

（二）本组实验中，三维效果图是在原图的基础上，框选了左侧区域进行三维效果显示，将三维效果与实物进行对比。

实施例2：手机盖板玻璃上的划伤

本实用新型设备采集处理后视差图和带有划伤的手机玻璃盖板三维效果图。本实用新型实施例中，长度，宽度，厚度分别是150mm、70mm、1mm。从三幅图的对比中我们看出，2D平面真实成像的划痕图像信息和用伪彩表示的划痕的3D高度信息。手机盖板玻璃上有一条划伤，在丝印区和视窗区都有，在三维效果图中明显可见，且通过颜色显示出了高度差异。盖板其他部分显示均匀的蓝色或黑色（丝印部分），表示没有缺陷。

实施例3：电子元器件（手机卡托）

本实验所用的卡托来自生产商提供，长度，宽度大约分别是30mm、2mm。本实用新型只用单台相机即可获取被测物的左右图像，实现图像检测，单台相机可以保证两视角的光心完全水平，不需要复杂的图像矫正流程。两个镜头通过特制的转接环装于同一个相机上，转接环中间设置遮挡片防止2个镜头成像相互干扰。

以上所述，仅是本实用新型的几个实施例，并非对本实用新型做任何形式的限制，虽然本实用新型以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于本实用新型技术方案保护范围内。

Claims

1.一种基于双目视觉的图像检测装置，包括图像获取模块（1）、工控主机模块（2）和支撑模块（3），其特征在于，所述图像获取模块（1），进一步包括：相机（101）、转接环（102）、第一镜头（1031）和第二镜头（1032），用于采集被测物的表面图像。

2.根据权利要求1所述基于双目视觉的图像检测装置，其特征在于，所述工控主机模块（2）进一步包括：标定模块、匹配模块、优化模块和计算模块，用于对所述图像获取模块采集到的图像进行计算、处理。

3.根据权利要求1所述基于双目视觉的图像检测装置，其特征在于，所述支撑模块（3）进一步包括：支撑架，用于放置被测物和固定所述图像获取模块（1）。

4.根据权利要求1所述基于双目视觉的图像检测装置，其特征在于，所述第一镜头（1031）与所述第二镜头（1032）通过所述转接环（102）安装在所述相机（101）上。

5.根据权利要求1所述基于双目视觉的图像检测装置，其特征在于，所述转接环（102）外圈设置有转接螺纹；所述相机（101）设置有相机螺纹；所述转接螺纹和所述相机螺纹规格相同，用于相互匹配安装。

6.根据权利要求1所述基于双目视觉的图像检测装置，其特征在于，所述转接环（102）内部设置有两个环中螺纹。

7.根据权利要求6所述基于双目视觉的图像检测装置，其特征在于，所述第一镜头（1031）设置有第一镜头螺纹。

8.根据权利要求7所述基于双目视觉的图像检测装置，其特征在于，所述第二镜头（1032）设置有第二镜头螺纹。

9.根据权利要求8所述基于双目视觉的图像检测装置，其特征在于，所述环中螺纹和所述第一镜头螺纹、所述第二镜头螺纹规格相同，用于相互匹配安装。

10.根据权利要求2所述基于双目视觉的图像检测装置，其特征在于，所述转接环（102）中间设置遮挡片，所述遮挡片用于防止所述第一镜头（1031）和所述第二镜头（1032）成像相互干扰。