一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法与流程

1.本发明属于相机标定技术领域，具体涉及一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法。


背景技术：

2.为了在实际应用中对中厚板进行测厚，现有技术通常采用激光三角测距法与差动式测量方式结合测厚，主要是通过一束激光以一定的入射角度照射被测目标，激光在目标表面发生反射和散射，在另一角度利用透镜对反射激光汇聚成像，光斑成像在ccd位置传感器上。当被测物体沿激光方向发生移动时，位置传感器上的光斑将产生移动，其位移大小对应被测物体的移动距离，因此可通过算法设计，由光斑位移距离计算出被测物体与基线的距离值，将位移传感器安装在被测物上、下表面，差动式测量方法能够很好地消除由于钢板抖动而引起的测量误差，安装方法按照生产线的被测物板宽范围要求，分布，来进行基于辊道面作为测量基准面，对被测物的厚度进行测量，实时测量与显示厚度，然而，点激光测距传感器是一种特殊类型的激光测距传感器。它通过发射一个小的激光点并检测其反射回来的光，以计算物体与传感器之间的距离。点激光测距传感器通常用于机器视觉、三维扫描、安全监控等领域。但是点激光测距传感器只能测量特定点的距离，在恶劣的工业现场测量时，结果容易收到被测物表面噪点的干扰，影响测量精度；


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本发明的提供了一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，其特征在于，包括：
4.对顶部面阵相机进行标定步骤；
5.对底部面阵相机进行标定步骤；
6.其中，所述对顶部面阵相机进行标定步骤和所述对底部面阵相机进行标定步骤均包括计算线结构光光源的激光线上多个高度值步骤、滤波步骤、计算中值和平均值步骤。
7.作为改进，所述顶部面阵相机与所述底部面阵相机分别标定各自的世界坐标系，并且顶部线结构光与底部线结构光的测量高度面对齐。
8.作为进一步改进，所述对顶部面阵相机进行标定步骤与所述对底部面阵相机进行标定步骤均包括内参标定步骤，所述内参标定步骤包括：
9.通过所述顶部面阵相机和所述底部面阵相机拍摄不同摆放位置的标定板得到若干顶部内参标定图像和若干底部内参标定图像；分别将所述若干顶部内参标定图像和所述若干底部内参标定图像进行内参计算，得到顶部面阵相机内参和底部面阵相机内参。
10.作为进一步改进，所述对顶部面阵相机进行标定步骤与所述对底部面阵相机进行标定步骤均包括建立世界坐标系和临时坐标系步骤，所述建立世界坐标系和临时坐标系步骤包括：
11.分别选取任一所述顶部内参标定图像和任一所述底部内参标定图像，并基于选取
任一所述顶部内参标定图像和任一所述底部内参标定图像的所述标定板的位置分别建立顶部世界坐标系和底部世界坐标系；
12.基于建立所述顶部世界坐标系和所述底部世界坐标系时的所述标定板的位置，移动所述标定板使移动前后所述标定板的位置存在高度差，分别建立所述顶部临时坐标系和所述底部临时坐标系。
13.作为进一步改进，所述对顶部面阵相机进行标定步骤与所述对底部面阵相机进行标定步骤均包括外参标定步骤，所述外参标定步骤包括：
14.分别基于所述顶部世界坐标系和所述顶部临时坐标系、所述底部世界坐标系和所述底部临时坐标系，计算所述顶部面阵相机外参和所述底部面阵相机外参。
15.作为进一步改进，所述对顶部面阵相机进行标定步骤与所述对底部面阵相机进行标定步骤均包括拍摄世界坐标系图像和临时坐标系图像步骤，所述拍摄世界坐标系图像和临时坐标系图像步骤包括：
16.通过顶部线结构光光源与底部线结构光光源分别将线结构光照射在所述标定板的正面和背面，通过顶部面阵相机和底部面阵相机拍摄，得到顶部世界坐标系图像和底部世界坐标系图像；
17.通过顶部线结构光光源与底部线结构光光源分别将线结构光照射在所述标定板的正面和背面，通过顶部面阵相机和底部面阵相机拍摄，得到顶部临时坐标系图像和底部临时坐标系图像。
18.作为进一步改进，所述对顶部面阵相机进行标定步骤与所述对底部面阵相机进行标定步骤均包括拟合步骤，所述拟合步骤包括：
19.分别将所述顶部世界坐标系图像的空间点坐标和所述顶部临时坐标系图像的空间点坐标、所述底部世界坐标系图像的空间点坐标和所述底部临时坐标系图像的空间点坐标拟合，分别得到顶部激光线平面和底部激光线平面。
20.作为进一步改进，所述对顶部面阵相机进行标定步骤与所述对底部面阵相机进行标定步骤均包括运动方向参数标定步骤，所述运动方向参数标定步骤包括：使标定板做与被测物相同的运动，通过所述顶部面阵相机和所述底部面阵相机拍摄不同时刻的标定板得到若干顶部运动方向参数标定图像和若干底部运动方向参数标定图像，分别将所述若干顶部运动方向参数标定图像和所述若干底部运动方向参数标定图像进行运动方向参数计算，得到被测物的运动方向参数。
21.作为进一步改进，所述计算线结构光的激光线上多个高度值步骤被配置为：
22.所述线结构光光源的激光线的上的每一列取一个高度值；
23.所述滤波步骤被配置为：均值滤波，每5个所述高度值取1个平均值。
24.作为进一步改进，所述计算中值和平均值步骤被配置为：激光线平面上有上下两条激光线，上激光线由m个点组成，下激光线由n个点，所述下激光线段n个点拟合一条直线，求出所述上激光线m个点到所述直线的距离，从n个距离中计算中值和平均值。
25.本发明提供了一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，包括以下有益效果：采用线结构光与面阵相机结合的方式来测量钢板的厚度，通过计算激光线上多个高度值，再通过滤波、计算中值、平均值等，得出精度更好的厚度值。
附图说明
26.图1为本发明一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法的示意图。
具体实施方式
27.专利号为cn114820817a，名称为基于高精度线激光3d相机的标定方法和三维重建方法的发明专利，该方法通过根据预设规则将标定板摆放在工作平面上并对所述标定板进行拍摄，得到若干第一标定板图像；将所述第一标定板图像转换为对应的灰度图像，对所述灰度图像中的标定板上的圆形标志点进行编号，根据所述圆形标志点及其编号计算相机的内部参数；通过针对标定板建立基准世界坐标系和临时坐标系，并根据所述基准世界坐标系和临时坐标系计算相机的外部参数；根据照射在不同平面的激光线拟合出光平面，计算所述光平面在基准世界坐标系中相对于坐标系原点的位姿变换矩阵，然而其无法用于差动式中厚板测厚装置的标定。
28.为了解决上述技术问题，本发明一些实施例的一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，需要说明的是差动式中厚板测厚装置包括顶部测厚装置和底部测厚装置，顶部测厚装置包括顶部面阵相机和顶部线结构光光源，底部测厚装置包括底部面阵相机和底部线结构光光源，标定过程中面阵相机和线结构光光源固定放置，且面阵相机和线结构光光源的相对位置不变，包括：
29.对顶部面阵相机进行标定步骤；
30.对底部面阵相机进行标定步骤；
31.其中，对顶部面阵相机进行标定步骤和对底部面阵相机进行标定步骤均包括计算线结构光光源的激光线上多个高度值步骤、滤波步骤、计算中值和平均值步骤。
32.本发明一些实施例的一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，顶部面阵相机与底部面阵相机分别标定各自的世界坐标系，并且顶部线结构光与底部线结构光的测量高度面对齐。
33.本发明一些实施例的一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，对顶部面阵相机进行标定步骤与对底部面阵相机进行标定步骤均包括内参标定步骤，内参标定步骤包括：
34.通过顶部面阵相机和底部面阵相机拍摄不同摆放位置的标定板得到若干顶部内参标定图像和若干底部内参标定图像；分别将若干顶部内参标定图像和若干底部内参标定图像进行内参计算，得到顶部面阵相机内参和底部面阵相机内参。
35.本发明一些实施例的一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，对顶部面阵相机进行标定步骤与对底部面阵相机进行标定步骤均包括建立世界坐标系和临时坐标系步骤，建立世界坐标系和临时坐标系步骤包括：
36.分别选取任一顶部内参标定图像和任一底部内参标定图像，并基于选取任一顶部内参标定图像和任一底部内参标定图像的标定板的位置分别建立顶部世界坐标系和底部世界坐标系；
37.基于建立顶部世界坐标系和底部世界坐标系时的标定板的位置，移动标定板使移动前后标定板的位置存在高度差，分别建立顶部临时坐标系和底部临时坐标系。
38.本发明一些实施例的一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，对顶部面阵相
机进行标定步骤与对底部面阵相机进行标定步骤均包括外参标定步骤，外参标定步骤包括：
39.分别基于顶部世界坐标系和顶部临时坐标系、底部世界坐标系和底部临时坐标系，计算顶部面阵相机外参和底部面阵相机外参。
40.本发明一些实施例的一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，对顶部面阵相机进行标定步骤与对底部面阵相机进行标定步骤均包括拍摄世界坐标系图像和临时坐标系图像步骤，拍摄世界坐标系图像和临时坐标系图像步骤包括：
41.通过顶部线结构光光源与底部线结构光光源分别将线结构光照射在标定板的正面和背面，通过顶部面阵相机和底部面阵相机拍摄，得到顶部世界坐标系图像和底部世界坐标系图像；
42.通过顶部线结构光光源与底部线结构光光源分别将线结构光照射在标定板的正面和背面，通过顶部面阵相机和底部面阵相机拍摄，得到顶部临时坐标系图像和底部临时坐标系图像。
43.本发明一些实施例的一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，对顶部面阵相机进行标定步骤与对底部面阵相机进行标定步骤均包括拟合步骤，拟合步骤包括：
44.分别将顶部世界坐标系图像的空间点坐标和顶部临时坐标系图像的空间点坐标、底部世界坐标系图像的空间点坐标和底部临时坐标系图像的空间点坐标拟合，分别得到顶部激光线平面和底部激光线平面。
45.本发明一些实施例的一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，对顶部面阵相机进行标定步骤与对底部面阵相机进行标定步骤均包括运动方向参数标定步骤，运动方向参数标定步骤包括：使标定板做与被测物相同的运动，通过顶部面阵相机和底部面阵相机拍摄不同时刻的标定板得到若干顶部运动方向参数标定图像和若干底部运动方向参数标定图像，分别将若干顶部运动方向参数标定图像和若干底部运动方向参数标定图像进行运动方向参数计算，得到被测物的运动方向参数。
46.本发明一些实施例的一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，计算线结构光的激光线上多个高度值步骤被配置为：
47.线结构光光源的激光线的上的每一列取一个高度值；
48.滤波步骤被配置为：均值滤波，每5个高度值取1个平均值。
49.本发明一些实施例的一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，计算中值和平均值步骤被配置为：激光线平面上有上下两条激光线，上激光线由m个点组成，下激光线由n个点，下激光线段n个点拟合一条直线，求出上激光线m个点到直线的距离，从n个距离中计算中值和平均值。
50.需要说明的是，本发明通过以下算法实现，由针孔相机模型和空间坐标系的变换关系，可得图像坐标系和世界坐标系的关系如方程(1)所示：
[0051][0052]
其中，(u,v)为图像坐标，(xw,yw,zw)为世界坐标系，k为相机的内参数矩阵，t为外
参矩阵，m称为投影矩阵，其中fc是摄像机的有效焦距，s
x
,sy分别是每一个像素点长和宽的物理尺寸大小。由于已知图像坐标系(u,v)的情况下无法求解空间三维坐标(xw,yw,zw)，因此加入光平面方程：
[0053]
axw+byw+czw+d＝0
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0054]
联立式(1)和式(2)得到图像坐标于世界坐标的映射：
[0055][0056]
解得：
[0057][0058]
至此，完成建立线结构光测量模型，在确定光平面结构参数之后图像坐标系中的任意一点的空间三维坐标均可以通过式(4)求解。
[0059]
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。
[0060]
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对其作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

技术特征：
1.一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，其特征在于，包括：对顶部面阵相机进行标定步骤；对底部面阵相机进行标定步骤；其中，所述对顶部面阵相机进行标定步骤和所述对底部面阵相机进行标定步骤均包括计算线结构光光源的激光线上多个高度值步骤、滤波步骤、计算中值和平均值步骤。2.根据权利要求1所述的一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，其特征在于，所述顶部面阵相机与所述底部面阵相机分别标定各自的世界坐标系，并且顶部线结构光光源与底部线结构光光源的两条激光线共面。3.根据权利要求1所述的一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，其特征在于，所述对顶部面阵相机进行标定步骤与所述对底部面阵相机进行标定步骤均包括内参标定步骤，所述内参标定步骤包括：通过所述顶部面阵相机和所述底部面阵相机拍摄不同摆放位置的标定板得到若干顶部内参标定图像和若干底部内参标定图像；分别将所述若干顶部内参标定图像和所述若干底部内参标定图像进行内参计算，得到顶部面阵相机内参和底部面阵相机内参。4.根据权利要求3所述的一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，其特征在于，所述对顶部面阵相机进行标定步骤与所述对底部面阵相机进行标定步骤均包括建立世界坐标系和临时坐标系步骤，所述建立世界坐标系和临时坐标系步骤包括：分别选取任一所述顶部内参标定图像和任一所述底部内参标定图像，并基于选取任一所述顶部内参标定图像和任一所述底部内参标定图像的所述标定板的位置分别建立顶部世界坐标系和底部世界坐标系；基于建立所述顶部世界坐标系和所述底部世界坐标系时的所述标定板的位置，移动所述标定板使移动前后所述标定板的位置存在高度差，分别建立所述顶部临时坐标系和所述底部临时坐标系。5.根据权利要求4所述的一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，其特征在于，所述对顶部面阵相机进行标定步骤与所述对底部面阵相机进行标定步骤均包括外参标定步骤，所述外参标定步骤包括：分别基于所述顶部世界坐标系和所述顶部临时坐标系、所述底部世界坐标系和所述底部临时坐标系，计算所述顶部面阵相机外参和所述底部面阵相机外参。6.根据权利要求3所述的一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，其特征在于，所述对顶部面阵相机进行标定步骤与所述对底部面阵相机进行标定步骤均包括拍摄世界坐标系图像和临时坐标系图像步骤，所述拍摄世界坐标系图像和临时坐标系图像步骤包括：通过顶部线结构光光源与底部线结构光光源分别将线结构光照射在所述标定板的正面和背面，通过顶部面阵相机和底部面阵相机拍摄，得到顶部世界坐标系图像和底部世界坐标系图像；通过顶部线结构光光源与底部线结构光光源分别将线结构光照射在所述标定板的正面和背面，通过顶部面阵相机和底部面阵相机拍摄，得到顶部临时坐标系图像和底部临时坐标系图像。7.根据权利要求6所述的一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，其特征在于，所述对顶部面阵相机进行标定步骤与所述对底部面阵相机进行标定步骤均包括拟合步骤，所
述拟合步骤包括：分别将所述顶部世界坐标系图像的空间点坐标和所述顶部临时坐标系图像的空间点坐标、所述底部世界坐标系图像的空间点坐标和所述底部临时坐标系图像的空间点坐标拟合，分别得到顶部激光线平面和底部激光线平面。8.如权利要求1所述的一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，其特征在于，所述对顶部面阵相机进行标定步骤与所述对底部面阵相机进行标定步骤均包括运动方向参数标定步骤，所述运动方向参数标定步骤包括：使标定板做与被测物相同的运动，通过所述顶部面阵相机和所述底部面阵相机拍摄不同时刻的标定板得到若干顶部运动方向参数标定图像和若干底部运动方向参数标定图像，分别将所述若干顶部运动方向参数标定图像和所述若干底部运动方向参数标定图像进行运动方向参数计算，得到被测物的运动方向参数。9.如权利要求1所述的一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，其特征在于，所述计算线结构光的激光线上多个高度值步骤被配置为：所述线结构光光源的激光线的上的每一列取一个高度值；所述滤波步骤被配置为：均值滤波，每5个所述高度值取1个平均值。10.如权利要求1所述的一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，其特征在于，所述计算中值和平均值步骤被配置为：激光线平面上有上下两条激光线，上激光线由m个点组成，下激光线由n个点，所述下激光线段n个点拟合一条直线，求出所述上激光线m个点到所述直线的距离，从n个距离中计算中值和平均值。

技术总结
本发明一种用于差动式中厚板测厚装置的标定方法，包括：对顶部面阵相机进行标定步骤；对底部面阵相机进行标定步骤；其中，对顶部面阵相机进行标定步骤和对底部面阵相机进行标定步骤均包括计算激光线上多个高度值步骤，以及滤波、计算中值和平均值步骤，带来了以下有益效果：通过计算激光线上多个高度值，再通过滤波、计算中值、平均值等，得出精度更好的厚度值。值。值。


技术研发人员：刘富强 石海华 卢刚山
受保护的技术使用者：北京冶自欧博科技发展有限公司
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/10/11