[发明专利]基于结构光和机器视觉的管片错台快速检测装置与方法

权利要求书

1.一种基于结构光和机器视觉的管片错台快速检测装置，其特征在于所述的检测装置包括计算机处理系统和结构光视觉检测系统；所述的计算机处理系统包括计算机、编码器、蓄电池，计算机用于存储和处理数据，安装在车体内部，计算机电源接口与蓄电池相连，编码器安装在车体外部车轮中心处，与车轮角速度相同，编码器外触发端口通过网线与计算机端口连接用于触发采集信号和里程定位，编码器电源接口与蓄电池相连；所述的结构光视觉检测系统包括多台线激光器、多台相机、多台激光测距仪，每1台线激光器与1台相机、1台激光测距仪安装在一起为一结构光视觉检测组件，每台线激光器、相机、激光测距仪安装角度固定，相机与激光测距仪安装角度相同，车体行进过程中，线激光器发射结构光检测错台，相机用于拍摄结构光检测图像，激光测距仪用于测量相机拍摄距离；

所述的线激光器安装角度为错台量计算提供线激光器的角度值；所述的相机安装角度为错台量计算提供相机角度值，相机属性信息为错台量计算提供相元尺寸和焦距值；所述的激光测距仪实时测量的车体行进过程中的拍摄距离信息为错台量计算提供距离值；所述的计算机处理系统，利用图像分割与横截面灰度质心提取检测图像的结构光中心条纹，确定错台量计算所需错台特征点之间像素点，结合检测装置提供的相元尺寸、焦距、角度值与距离值，利用函数关系式计算每台线激光器检测的错台量，，其中，为错台量，代表线激光器与检测处管片法向夹角，代表成像轴线与检测处管片法向夹角，代表相机基线与成像轴线之间夹角，代表相机拍摄距离，代表实际检测错台特征点在图像上像素点，代表相机焦距，代表相机相元尺寸大小；统计实际错台量：

；取，得出此环最终错台量，代表线激光器数量。

2.根据权利要求1所述的基于结构光和机器视觉的管片错台快速检测装置，其特征在于：所述的多台线激光器布置在车体两侧与车顶，用于检测管片两侧拱腰和顶部错台，根据隧道轮廓呈环向排布，当检测环间错台量时，调整线激光器使其发射的结构光与环间错台相交，当检测环内错台量时，调整线激光器使其发射的结构光与环内错台相交，线激光器电源接口与蓄电池相连。

3.根据权利要求1所述的基于结构光和机器视觉的管片错台快速检测装置，其特征在于：所述的多台相机根据线激光器安装位置布置在车体两侧与车顶，朝向与其一起的线激光器发射结构光的方向，分别拍摄管片两侧拱腰和顶部错台检测图像，并确保相机拍摄范围覆盖与之相应的结构光照射区域，且结构光成像尽可能位于图像的正中间，每台相机安装角度固定，相机拍摄控制端口与计算机端口相连，相机电源接口与蓄电池相连。

4.根据权利要求1所述的基于结构光和机器视觉的管片错台快速检测装置，其特征在于：所述的多台激光测距仪根据相机安装位置布置在车体两侧与车顶，用于测量与之相应的相机拍摄距离，每台激光测距仪安装角度固定，激光测距仪测量控制端口与计算机端口连接，激光测距仪电源接口与蓄电池相连。

5.一种基于结构光和机器视觉的管片错台快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）根据三角测量原理，对错台量与线激光器角度 之间关系进行标定、错台量与相机角度、之间关系进行标定、错台量与相机拍摄距离之间关系进行标定、错台量与检测图像中错台特征点之间像素点之间关系进行标定、错台量与相机焦距之间关系进行标定、错台量与相机相元尺寸大小之间关系进行标定，得出实际错台量与、、、、、、之间的函数关系式：

代表线激光器与检测处管片法向夹角，代表成像轴线与检测处管片法向夹角，代表相机基线与成像轴线之间夹角，代表相机拍摄距离，代表实际检测错台特征点在图像上像素点，代表相机焦距，代表相机相元尺寸大小；

（2）车体行进过程当中，编码器触发信号，线激光器发射结构光检测错台，相机拍摄结构光检测的图像，激光测距仪测量相机拍摄距离，计算机存储数据；

（3）根据每台线激光器和相机的固定角度，以及每台激光测距仪记录的距离信息，确定、、、，根据相机信息确定其、；

（4）对采集的结构光检测图像提取结构光中心条纹，确定每台线激光器检测的图像中错台特征点之间像素点；

（5）根据函数关系式，计算每台线激光器检测的实际错台量：

取，得出此环最终错台量，代表线激光器数量。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：结构光中心条纹利用图像分割和横截面灰度质心进行提取，每台线激光器检测的图像中错台特征点之间像素点的获取具体操作如下：

（1）对于所拍摄的检测图像，确定结构光条纹附近像素点灰度阈值，对结构光条纹进行图像分割，若像素点灰度值，进行保留，否则剔除，最后提取出结构光条纹边缘轮廓线；

（2）对提取边缘轮廓线之后的结构光条纹，将条纹每个横截面内的像素点的灰度值分布

质心作为该横截面的结构光条纹的中心点，具体计算为：

其中，代表i点灰度值，代表横截面点坐标，N代表横截面内像素点个数；

（3）连接所有横截面的结构光条纹中心点，得到结构光中心条纹，并进行调整，确保条

纹错台处边缘特征点在沿错台缝法向方向无位移；

（4）对中心条纹错台特征点像素采用以下方式计算：

代表错台两特征点在x向之间的像素点，代表错台两特征点在y向之间的像素点。