[發明專利]基于分幅散斑成像的在線速度監測裝置及方法

在審

• 申請號: 202310386895.6
• 申請日: 2023-04-12
• 公開（公告）號: CN116359546A
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 宋旸;呂曉勇;來建成;紀運景;李振華
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01P5/26
• 分類號: G01P5/26;G01P1/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種基于分幅散斑成像的在線速度監測裝置及方法，裝置主要由激光器、二分幅相機和上位機構成，激光照射在待測目標上，由二分幅相機采集待測目標表面反射形成的散斑圖像；二分幅相機用于對散斑圖像的采集，且通過中繼光路和分光棱鏡分光，在兩個相鄰的時刻由相機采集兩幀散斑圖像；二分幅相機將散斑圖像傳給上位機，通過圖像互相關算法得到待測目標位移，進而得到待測目標的運動速度。本發明進行待測目標運動速度的監測，既不需要采用昂貴的雙幀高速相機，也無需在待測目標上進行標記，具有裝置簡單、監測速率范圍大、性價比高等優點，適合應用于不銹鋼板等表面特征稀缺、且具備高反射率的物品進行在線速度監測場景。

技術領域

本發明涉及圖像處理領域、光學設計領域，具體涉及一種基于分幅散斑成像的在線速度監測裝置及方法。

背景技術

鋼鐵工業是我國重要的基礎工業，是國民經濟發展的支柱產業。當前我國正處在工業化進程中的經濟快速發展階段，鋼鐵產業與上游的礦業和下游已經成的汽車、房地產、機械設備制造和電子通訊為龍頭的產業群相結合，形成了巨大的產業鏈。為了促進我國經濟的可持續發展，國家大力發展基礎產業，這就需要鋼材，軋鋼產品是鋼鐵產業的高附加值產品，能給企業帶來很大的經濟效益，在扎鋼板的產生過程中，鋼板在流水線上的運行速度是非常重要的，與鋼板的生產效率息息相關，甚至還關系到工人的生命安全。

在傳統的接觸式測量中，由于流水線上的待測物體可能會出現打滑現象，測量精度會降低。最為常見的無接觸式的測速方法包括激光多普勒測速法、粒子圖像測速法和激光散斑測速法，激光多普勒測速法可以對氣體、液體和固體進行測速，但是需要待測目標中要有跟蹤粒子，并且裝置結構較為復雜；粒子圖像測速法技術原理較為簡單，但實現起來比較困難。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于分幅散斑成像的在線速度監測裝置及方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于分幅散斑成像的在線速度監測裝置，包括：

激光器，用于將激光照射在待測目標上，經過反射形成散斑圖像；

二分幅相機，用于對散斑圖像進行采集，通過中繼光路和分光棱鏡分光，在兩個相鄰的時刻由相機采集兩幀散斑圖像；

上位機，用于接收二分幅相機采集的散斑圖像，通過圖像互相關算法得到待測目標位移，進而得到待測目標的運動速度。

進一步的，所述上位機包括控制子模塊、圖像預處理子模塊和在線運動速度監測子模塊；控制子模塊用于采集散斑圖像，圖像預處理子模塊用于對采集到的兩幅散斑圖像進行預處理，提取出圖像互相關感興趣部分，在線運動速度監測子模塊用于對得到的感興趣部分圖像進行互相關計算，最后完成物體運動的速度測量。

進一步的，所述的二分幅相機中光線通過中繼光路和分光棱鏡分光，分光棱鏡后有兩個工業相機，在兩個相鄰時刻連續拍攝兩幀圖像。

進一步的，所述控制子模塊用于控制二分幅相機采集圖像，改變采集圖像的時間間隔。

進一步的，所述圖像預處理子模塊包括對圖像互相關感興趣區域提取，并獲得該區域的像素坐標和長度寬度。

本發明還提供一種基于分幅散斑成像的在線速度監測方法，包括以下步驟：

(1)圖像采集：保證相機焦距不變，保證相機和激光器位置不變，采集散斑圖像；

(2)對(1)中采集到的相鄰兩幀圖像，通過灰度化、二值化、Canny檢測和篩選輪廓，獲取感興趣的散斑區域；

(3)對(2)中獲得相鄰感興趣區域進行互相關計算，得到的NCC的數值，然后對整個圖像都進行NCC計算，得到整幀圖像所有的NCC的值；