[發明專利]基于機器視覺的高溫鋼坯運動狀態的多率檢測方法

有效

• 申請號: 201410407458.9
• 申請日: 2014-08-18
• 公開（公告）號: CN104198752B
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 毛維杰;陳凱
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01P3/38
• 分類號: G01P3/38
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及測量控制技術領域，尤其涉及一種基于機器視覺的高溫鋼坯運動狀態的多率檢測方法。

背景技術

在鋼鐵行業，目前國內外普遍推崇高集約化的熱連軋一體化自動生產模式，連鑄機出來的高溫鋼坯，經過在線加熱設備的補溫與均熱，直接進入連軋機組。高溫鋼坯在傳輸過程中，如果發生卡鋼現象，會引起比較嚴重的后果(如鋼坯的融化等)，因此有必要進行運動狀態是否靜止的檢測與報警處理；另外，為了實現加熱與軋制的精確控制，也有必要進行運動速度的檢測與控制。

由于運動鋼坯的溫度比較高，傳統的機械接觸式測量方法不能滿足要求，目前普遍采用專人監視，進行手動調速與應急處理，不僅勞動強度高，而且響應速度與控制精度不高。

在目前的熱連軋自動生產中，已有通過圖像采集來檢測鋼坯表面質量的技術，例如公開號為CN103033520A的專利文獻公開了一種熱連鑄鋼坯表面質量檢測方法，通過熱連鑄鋼坯表面質量檢測系統，經圖像采集、圖像數據傳輸、圖像數據處理、鋼坯表面缺陷報警四個步驟實現對熱連鑄鋼坯表面質量檢測。

但是，對于運動過程中的鋼坯，如何利用機器視覺自動采集圖像并進行運動狀態的檢測，尚無有效可行的方法。

發明內容

為了解決熱連軋一體化自動生產過程中存在的上述問題，本發明利用機器視覺檢測高溫鋼坯的運動狀態。

一種基于機器視覺的高溫鋼坯運動狀態的多率檢測方法，包括如下步驟：

步驟1，各個工段通過標定設置圖像的采樣頻率以及圖像的單位像素對應的物理尺寸；

步驟2，各工段按各自的采樣頻率采集并保存圖像；

步驟3，對于每個工段，根據前后兩幀圖像之間的相似度匹配來判斷該工段鋼坯所處的狀態：處于運動狀態，進入步驟4；否則，運動速度計為0，等待直至下一次圖像采集時再重新進行判斷；

步驟4，等待直至達到運動速度的計算周期，在達到計算周期時，提取所采集圖像的特征點，利用該工段前后相鄰兩幀圖像的特征點之間的位移以及所設定的單位像素對應的物理尺寸計算鋼坯的運動速度。

本發明中各個工段的圖像采集是并行進行的，各工段的圖像采樣頻率可以相同也可以不同，各個工段的圖像采集根據定時器設定的頻率定時采集。而在進行運動狀態的判斷及計算時可以根據需要進行并行或串行處理，其中各個工段的運動速度計算也是定時進行的，其頻率與圖像采集的頻率有關。本發明的多率檢測方法，主要體現在：針對不同工段相機設置不同的采樣頻率，保證相鄰兩幀圖像具有較好的匹配度，提高了測量精度與可靠性；因為運動速度的計算量遠大于靜止狀態判斷的計算量，針對同一工段相機設置不同的靜止態判斷頻率與運動速度計算頻率，可降低整個檢測系統的負荷。

步驟1中，第i個工段圖像的采樣頻率設置方法為，設定初始采樣頻率為最大采樣頻率F_i，按初始采樣頻率采集至少二幀圖像，利用前一幀圖像和當前幀圖像的特征點進行匹配，根據如下的采樣頻率公式設定采樣頻率f_i：

其中，ceil為向上取整函數，n_i為第i個工段所采集的當前幀圖像相對于前一幀圖像水平方向移動的像素數，w_i為第i個工段所采集圖像的水平像素寬度，為期望的當前幀圖像與前一幀圖像的重疊率。

的取值范圍為[0,1]，為了使后續采集的圖像具有較好的匹配度，優選的，重疊率滿足

可選的，第i個工段中，單位像素對應的物理尺寸M_i的設置滿足如下公式：

其中h_i為拍攝圖像中鋼坯的垂直像素高度，H_i為鋼坯的實際垂直物理尺寸。

在步驟3中，判斷是否處于運動狀態的方法為，對前一檢測周期與當前檢測周期所采集的圖像進行二值化，并比較二值化所得的兩幀二值化效果圖上氧化皮區域的相似度，相似度大于預設閾值，則鋼坯處于靜止狀態。

這里判斷像素點的匹配原則為，若在一幀圖像上某像素點為氧化皮，另一幀圖像上該像素點仍為氧化皮，則判斷這兩個像素點是匹配的。由于兩幅圖像上像素點一般不可能完全匹配，因此通過設定閾值，相似度大于一定閾值(例如0.8)，則認為鋼坯沒有移動。

相似度的計算方法有若干種，可選的，相似度θ的計算公式為：