一種基于機器視覺的激光水平儀出射激光線檢測方法技術

本發明專利技術公開了一種基于機器視覺的激光水平儀出射激光線檢測方法，包括：1）實時采集多條水平或垂直激光線的多幅圖像數據；2）傳輸圖像數據到PC機；3）圖像預處理；4）圖像檢測每幅圖片中拍攝的激光線段位置，并且判斷激光線寬度等信息；5）將激光線相關圖片信息融合，判斷激光直線的位置信息是否發生上下左右方向的出射偏移；6）將激光線多幅圖片寬度信息融合，判斷每條激光線是否小于等于規定的衍射角，保證寬度符合生產要求；7）將激光水平儀是否合格的信息顯示到人機界面，給出判斷結果和依據，并存儲當前檢測水平儀編號和其各方向激光線寬度、位置等信息入庫。本發明專利技術可以實現對激光線的位置精度識別以及對激光線寬度的精確測量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于自動化控制、人工智能技術和機器視覺領域，具體涉及一種基于機器視覺的激光水平儀出射激光線檢測方法。
技術介紹
近年來，隨著現代工業和智能制造技術的不斷發展，各行各業都或多或少的在實際的生活、生產中使用了現代化智能自動化檢測設備來替代傳統的人工檢測。其中，工業視覺檢測技術也在快速發展，并且已經發展成為了一門系統的新興邊緣交叉綜合工程學科。由于計算機技術、機器視覺技術、人工智能技術和控制理論的不斷進步，機器視覺工業檢測與產品標準判斷等應用提供了系統的理論工具和分析方法。目前，國內的激光水平儀的出射激光線檢測都是采用人工的方式肉眼判斷。這樣檢測效率很低，同時不同技術工人由于經驗和知識層次不同，判斷標準也參差不齊。而近年來，隨著國家對智能檢測技術方面的重視，工業企業也紛紛引進了國內外先進的視覺檢測設備。然而在激光水平儀檢測的方面還比較傳統，多數激光水平儀產品的檢測還是停留在人工肉眼檢測，沒有實現自動化，也不能夠智能判斷出射激光線的寬度和位置等功能。激光水平儀通常射出水平和垂直的激光射線，通過激光的直線性好，能量強等特點來標定水平和鉛垂線位置，在建筑和土木領域都有極廣的應用。檢測出合格的激光水平儀產品具有重要的價值和意義。
技術實現思路
針對現有激光水平儀的出射激光線檢測存在的不足，本專利技術的目的是提供一種基于機器視覺的激光水平儀出射激光線檢測方法，以適應工業現場環境，同時保證了識別激光水平儀出射激光線的寬度及其位置信息的準確性和快速性。為達到上述目的，本專利技術采用了以下技術方案：一種基于機器視覺的激光水平儀出射激光線檢測方法，包括以下步驟：1）實時采集多條水平或垂直激光線的多幅圖像數據；2）將步驟1）采集到的圖像數據傳輸到PC機上；3）將步驟2）中的圖像進行預處理；4）將步驟3）中預處理后的圖像通過檢測射出每幅圖片激光線的位置，判斷激光線寬度信息；5）通過步驟4）中處理的結果，將激光線相關圖片信息融合，判斷激光直線的位置信息是否發生上下左右方向的出射偏移；6）通過步驟4）中處理的結果，將每條激光線多幅相關圖片寬度信息融合，判斷每條激光線是否小于等于規定的衍射角，保證寬度符合生產要求；7）將步驟5）和步驟6）的判斷信息顯示到人機界面，給出判斷結果和依據，并存儲當前檢測水平儀編號和其各方向激光線寬度、位置信息入庫。所述步驟1）實時采集圖像數據，首先需要確定攝像頭安裝位置，為了更好地采集激光線一部分的圖像，根據工業現場的特點，以及檢測激光水平儀框架的結構，來確定攝像頭放置位置；將攝像頭安裝在位于標定板側下方，每條激光線分別放置三個位置的攝像頭，在激光線出射角互相間隔60°的方向上5米處采集激光線三個位置的圖像，保證激光線不受視野窄的影響產生誤差判斷，同時5米處便于準確計算衍射角，提高檢測精度。所述步驟4）中的圖像檢測激光線的寬度，并且判斷激光線相對位置信息，包括以下步驟：a）對單個工業照相機通過采集彩色圖像，進行灰度化處理，再得到清晰的灰度圖像信息，考慮激光水平儀多采用紅色激光線、綠色激光線，故在灰度處理過程中通過對單通道的圖像獲取灰度信息，并結合RGB轉HSV的特性，獲得色度H通道的信息來加強圖像色度本身特性，減弱光照亮度因素的干擾，再對彩色圖像進行灰度化處理，得到灰度圖像；b）獲取激光線圖像有效點，并二值化圖片；由于激光線的特性，其圖像中多為點狀堆疊，同時考慮衍射角的和光柵作用，形成一方面激光線亮度呈現中間亮邊緣暗的特性，另一方面邊緣處出現噪點和不平滑的特點，都對測量造成影響；故在二值化之前要通過隨機場模型確定激光線邊緣的噪點，判斷哪些噪點能夠視為有效寬度，再通過OTSU二值化圖像；c）通過Ransac算法縮小激光線像素點的范圍，確定激光線大致的中心線，再將有效的像素點通過Hough和最小二乘的方法擬合直線，獲得激光線數學意義的中心線，之后通過幾何算法求得與標定板中標定線的相對位置信息；d）通過激光中心線位置和斜率，做部分線段外接矩形，通過高斯平滑和樣條插值獲得激光線兩邊亞像素邊緣；再利用坐標轉化得到激光線寬度。所述步驟5）、步驟6）中的每條激光線多幅相關圖片信息綜合進行分析、計算，判斷位置和寬度是否符合標準包括以下步驟：a）對互相之間距離60°的激光線段圖片，通過幾何關系確定三張圖片實際位置相距8.66米，再結合每張圖中標定線的相對位置將三張圖片的位置信息擬合成為一條激光線，判斷其是否符合要求；b）對同一激光線相關的三張圖片所得寬度信息數據分析，求出結合不同位置權重信息的平均寬度代表整條激光線寬度，判讀其是否符合標準。本專利技術與現有技術相比較，具有以下突出的實質性特點和顯著的進步：（1）本專利技術使用了一種多攝像頭的機器視覺系統，對圖像中激光線的識別、定位更加準確、快速，替代了傳統人工肉眼檢測的方法，填補了激光水平儀自動化視覺檢測的空白。（2）本專利技術針對激光線衍射和光柵效應等特點，引入了采樣隨機場結合Hough變換和Ransac算法檢測激光線，在保證檢測快速性的前提下提高了激光線寬度的檢測精度。附圖說明圖1是本專利技術基于機器視覺的激光水平儀出射激光線檢測方法的步驟圖。圖2是本專利技術基于機器視覺的激光水平儀出射激光線檢測方法的框架整體設計圖。圖3是本專利技術基于機器視覺的激光水平儀出射激光線檢測方法的上位機軟件圖。具體實施方式下面結合附圖和優選實施例對本專利技術作進一步的描述。如圖1所示，一種基于機器視覺的激光水平儀出射激光線檢測方法，包括如下步驟：1）實時采集多條水平或垂直激光線的多幅圖像數據；即利用安裝在檢測框架上的多個攝像頭，實時采集每個攝像頭視野內的激光線圖像數據。如圖2所示，其中1為激光水平儀，2為激光水平儀放置位置，其下方有開孔用于定位激光水平儀是否安放準確。3、6和7都是一組標定板，安裝架和相機，分別采集每個部位的激光線。其中3處相機采集激光水平儀底部定位點圖像，6處三組相機在水平方向互相間隔60°，采集水平激光線信息；7處三組相機在垂直方向上互相間隔60°，采集垂直方向激光線信息。框架4用于擴展水平儀其他方向檢測，可以同時檢測四個垂直方向的激光線；框架5用于擴展水平方向激光線檢測。2）將步驟1）采集到的圖像數據傳輸到PC機上；攝像頭采用USB2.0接口，可以直接通過USB進行數據傳輸，傳輸速度較快。3）將步驟2）中的圖像進行預處理；圖像預處理包括圖像直方圖均衡化、獲取圖像灰度圖片等，使圖像相對于現場環境噪聲的影響變小，有用信息突出且更為清晰，便于之后的處理。4）將步驟3）中預處理后的圖像通過檢測射出每幅圖片激光線的位置，判斷激光線寬度信息；對單個工業照相機通過采集彩色圖像，進行灰度化處理，得到清晰的灰度圖像信息。獲取激光線圖像有效點，并二值化圖片。通過隨機場模型確定激光線邊緣的噪點，判斷哪些噪點可以視為有效寬度，再通過OTSU二值化圖像。利用Ransac算法縮小激光線像素點的范圍，確定激光線大致的中心線，再將有效的像素點通過Hough和最小二乘的方法擬合直線，獲得激光線數學意義的中心線，之后通過幾何算法求得與標定板中標定線的相對位置信息；通過高斯平滑和樣條插值獲得激光線兩邊亞像素邊緣，坐標轉化得到激光線寬度。5）對互相之間距離60°的激光線段圖片，結合每張圖中標定線的相對位置將三張圖片的位置信息擬本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于機器視覺的激光水平儀出射激光線檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：1）實時采集多條水平或垂直激光線的多幅圖像數據；2）將步驟1）采集到的圖像數據傳輸到PC機上；3）將步驟2）中的圖像進行預處理；4）將步驟3）中預處理后的圖像通過檢測射出每幅圖片激光線的位置，判斷激光線寬度信息；5）通過步驟4）中處理的結果，將激光線相關圖片信息融合，判斷激光直線的位置信息是否發生上下左右方向的出射偏移；6）通過步驟4）中處理的結果，將每條激光線多幅相關圖片寬度信息融合，判斷每條激光線是否小于等于規定的衍射角，保證寬度符合生產要求；7）將步驟5）和步驟6）的判斷信息顯示到人機界面，給出判斷結果和依據，并存儲當前檢測水平儀編號和其各方向激光線寬度、位置信息入庫。

【技術特征摘要】
1.一種基于機器視覺的激光水平儀出射激光線檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：1）實時采集多條水平或垂直激光線的多幅圖像數據；2）將步驟1）采集到的圖像數據傳輸到PC機上；3）將步驟2）中的圖像進行預處理；4）將步驟3）中預處理后的圖像通過檢測射出每幅圖片激光線的位置，判斷激光線寬度信息；5）通過步驟4）中處理的結果，將激光線相關圖片信息融合，判斷激光直線的位置信息是否發生上下左右方向的出射偏移；6）通過步驟4）中處理的結果，將每條激光線多幅相關圖片寬度信息融合，判斷每條激光線是否小于等于規定的衍射角，保證寬度符合生產要求；7）將步驟5）和步驟6）的判斷信息顯示到人機界面，給出判斷結果和依據，并存儲當前檢測水平儀編號和其各方向激光線寬度、位置信息入庫。2.根據權利要求1所述的基于機器視覺的激光水平儀出射激光線檢測方法，其特征在于：所述步驟1）實時采集圖像數據，首先需要確定攝像頭安裝位置，為了更好地采集激光線一部分的圖像，根據工業現場的特點，以及檢測激光水平儀框架的結構，來確定攝像頭放置位置；將攝像頭安裝在位于標定板側下方，每條激光線分別放置三個位置的攝像頭，在激光線出射角互相間隔60°的方向上5米處采集激光線三個位置的圖像，保證激光線不受視野窄的影響產生誤差判斷，同時5米處便于準確計算衍射角，提高檢測精度。3.根據權利要求1所述的基于機器視覺的激光水平儀出射激光線檢測方法，其特征在于：所述步驟4）中的圖像檢測激光線的寬度，并且判斷激光線相對位置信息，包括以下步驟：a）對單個工業照相機通過采集彩色圖像，進行灰度化處理，再得到清晰的灰度圖像信息，考慮激光...

【專利技術屬性】
技術研發人員：費敏銳，王曉真，王海寬，楊傲雷，張勇，
申請(專利權)人：上海大學，
類型：發明
國別省市：上海;31