本發(fā)明涉及機器視覺檢測，特別是指一種基于俯仰角校準(zhǔn)圖像的視覺檢測信息采集裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)自動化與智能化的發(fā)展，機器視覺技術(shù)在各類結(jié)構(gòu)檢測和監(jiān)測領(lǐng)域中的應(yīng)用愈加廣泛。傳統(tǒng)的單一傳感器設(shè)備在復(fù)雜環(huán)境下的應(yīng)用受到了很大的限制。尤其是在大型工程結(jié)構(gòu)(如橋梁、隧道、建筑物等)的檢測過程中，往往需要對表面的裂縫、變形和其他缺陷進行高精度的感知與識別。然而，傳統(tǒng)的視覺傳感器設(shè)備受限于其單一的信息采集方式，難以在多變的環(huán)境條件下提供全面、精準(zhǔn)的檢測結(jié)果。

2、此外，現(xiàn)有的視覺檢測設(shè)備通常依賴于工業(yè)相機采集的二維圖像數(shù)據(jù)，無法有效獲取深度信息，導(dǎo)致在表面復(fù)雜度較高或光照條件不佳時，檢測精度明顯下降。同時，在圖像采集過程中，因相機鏡頭軸線與被測結(jié)構(gòu)表面成角所引起的圖像畸變問題尤為明顯，檢測結(jié)果往往會產(chǎn)生幾何失真，影響檢測可靠性。此外，光線不足的環(huán)境下，傳統(tǒng)設(shè)備難以保證圖像清晰度，進一步限制了其應(yīng)用范圍。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種基于俯仰角校準(zhǔn)圖像的視覺檢測信息采集裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)所采集的圖像數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，影響工程結(jié)構(gòu)檢測精度的技術(shù)問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

3、一方面，本發(fā)明提供了一種基于俯仰角校準(zhǔn)圖像的視覺檢測信息采集裝置，其包括：帶有變焦鏡頭的工業(yè)相機、云臺裝置、固定裝置、傾斜角傳感器、信號采集同步器以及圖像自動校準(zhǔn)模塊；其中，所述工業(yè)相機安裝在所述云臺裝置上，所述云臺裝置安裝在所述固定裝置上；所述傾斜角傳感器安裝于所述工業(yè)相機的頂部；所述工業(yè)相機和所述傾斜角傳感器分別與所述信號采集同步器電連接；

4、所述工業(yè)相機用于捕捉被測結(jié)構(gòu)表面區(qū)域的圖像；

5、所述傾斜角傳感器用于檢測所述工業(yè)相機與水平面之間的傾斜角度，以確定所述工業(yè)相機的鏡頭軸線與被測結(jié)構(gòu)表面法線之間形成的俯仰角；

6、所述信號采集同步器用于同步控制所述工業(yè)相機和所述傾斜角傳感器的啟動與關(guān)閉，以確保所述工業(yè)相機和所述傾斜角傳感器之間的數(shù)據(jù)采集一致性；

7、所述圖像自動校準(zhǔn)模塊用于校正所述工業(yè)相機所捕捉的圖像因所述工業(yè)相機的鏡頭軸線與被測結(jié)構(gòu)表面法線之間的俯仰角所產(chǎn)生的畸變，得到校正后的圖像。

8、進一步地，所述視覺檢測信息采集裝置還包括自適應(yīng)補光燈；

9、所述自適應(yīng)補光燈與所述信號采集同步器電連接，由所述信號采集同步器同步控制所述自適應(yīng)補光燈與所述工業(yè)相機以及所述傾斜角傳感器的啟動與關(guān)閉；

10、所述自適應(yīng)補光燈能夠根據(jù)環(huán)境光線的強弱自動調(diào)節(jié)亮度，以保證所述工業(yè)相機進行圖像采集時所采集圖像的清晰度。

11、進一步地，所述視覺檢測信息采集裝置還包括多模態(tài)數(shù)據(jù)融合模塊；

12、所述多模態(tài)數(shù)據(jù)融合模塊采用預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)融合算法，將工業(yè)相機捕獲的圖像以及傾斜角傳感器采集的角度信息進行同步處理，實現(xiàn)對被測結(jié)構(gòu)表面的感知。

13、進一步地，所述圖像自動校準(zhǔn)模塊具體用于：利用所述傾斜角傳感器采集的相機鏡頭軸線與被測結(jié)構(gòu)表面法線之間的俯仰角，先修正物距，再以相機在俯仰角條件下拍攝的圖像的水平中心線為界，采用透視變換矩陣分別校正圖像上下區(qū)域的畸變；將校正后的圖像上下區(qū)域合并成一個完整的圖像，得到校正后的圖像。

14、進一步地，利用所述傾斜角傳感器采集的相機鏡頭軸線與被測結(jié)構(gòu)表面法線之間的俯仰角，先修正物距，再以相機在俯仰角條件下拍攝的圖像的水平中心線為界，采用透視變換矩陣分別校正圖像上下區(qū)域的畸變；將校正后的圖像上下區(qū)域合并成一個完整的圖像，得到校正后的圖像，包括：

15、利用所述傾斜角傳感器采集的相機鏡頭軸線與被測結(jié)構(gòu)表面法線之間的俯仰角，修正物距；其中，修正后的物距s0′為：

16、

17、其中，s0表示原始的物距；γ表示相機鏡頭軸線與被測結(jié)構(gòu)表面法線之間的俯仰角；

18、以相機在俯仰角條件下拍攝的圖像的水平中心線為界對圖像上半部分進行透視變換修正；修正前，選取圖像上半部分區(qū)域四個邊界點，其像素坐標(biāo)依次為：(0,0)、(w,0)、(w,h/2)、(0,h/2)；修正后，四個邊界點的坐標(biāo)分別變?yōu)椋?w,h/2)、(0,h/2)；其中，θ表示相機視角；w表示圖像的寬度；h表示圖像的高度；通過圖像上半部分區(qū)域四個邊界點的坐標(biāo)變化，利用透視變換原理，獲取圖像上半部分區(qū)域的透視變換矩陣h上，并將h上應(yīng)用于圖像的上半部分區(qū)域，自動校正因畸變引起的圖像變形；

19、以相機在俯仰角條件下拍攝的圖像的水平中心線為界對圖像下半部分進行透視變換修正；修正前，選取圖像下半部分區(qū)域四個邊界點，其像素坐標(biāo)依次為：(0,h/2)、(w,h/2)、(w,h)、(0,h)；修正后，四個邊界點的坐標(biāo)分別變?yōu)椋?0,h/2)、(w,h/2)、根據(jù)圖像下半部分區(qū)域四個邊界點的坐標(biāo)變化，獲取圖像下半部分區(qū)域透視變換矩陣h下，并將h下應(yīng)用于圖像的下半部分區(qū)域，自動校正因畸變引起的圖像變形；

20、將校正后的圖像上半部分區(qū)域與圖像下半部分區(qū)域合并成一個完整的圖像，確保兩部分之間的接縫平滑過渡，得到校正后的圖像。

21、另一方面，本發(fā)明還提供了一種利用上述基于俯仰角校準(zhǔn)圖像的視覺檢測信息采集裝置實現(xiàn)的基于俯仰角校準(zhǔn)圖像的視覺檢測信息采集方法，其包括：

22、利用所述信號采集同步器同步控制所述工業(yè)相機和所述傾斜角傳感器的啟動與關(guān)閉，利用所述工業(yè)相機捕捉被測結(jié)構(gòu)表面區(qū)域的圖像；利用所述傾斜角傳感器檢測所述工業(yè)相機與水平面之間的傾斜角度，以確定所述工業(yè)相機的鏡頭軸線與被測結(jié)構(gòu)表面法線之間形成的俯仰角；

23、利用所述圖像自動校準(zhǔn)模塊校正所述工業(yè)相機所捕捉的圖像因所述工業(yè)相機的鏡頭軸線與被測結(jié)構(gòu)表面法線之間的俯仰角所產(chǎn)生的畸變，得到校正后的圖像。

24、本發(fā)明提供的技術(shù)方案帶來的有益效果至少包括：

25、本發(fā)明方案通過集成工業(yè)相機、激光測距傳感器、高精度傾斜角傳感器等多種傳感器和自適應(yīng)補光燈，開發(fā)了一種低成本且高精度的視覺檢測信息采集裝置，實現(xiàn)了多維度數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集與融合處理，可顯著提高結(jié)構(gòu)表面的感知精度。通過內(nèi)置的圖像自動校準(zhǔn)模塊，系統(tǒng)能夠自動修正因俯仰角偏差導(dǎo)致的圖像畸變，確保圖像數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而顯著提升測量的精度。自適應(yīng)補光功能則能夠根據(jù)環(huán)境光線智能調(diào)節(jié)亮度，確保在光照不足的環(huán)境中依然獲得清晰的圖像。此外，多功能云臺具備多角度旋轉(zhuǎn)能力，能夠靈活適應(yīng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的全方位檢測需求。信號采集同步器保證了各傳感器之間的同步數(shù)據(jù)采集，進一步提高了系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性和數(shù)據(jù)一致性。整個裝置不僅具有低成本、高精度的優(yōu)勢，還具備良好的高效能表現(xiàn)，特別適用于大規(guī)模工程結(jié)構(gòu)的長期檢測和監(jiān)測。該裝置可廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、隧道等領(lǐng)域，可極大提升工程檢測的效率與可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種基于俯仰角校準(zhǔn)圖像的視覺檢測信息采集裝置，其特征在于，包括：帶有變焦鏡頭的工業(yè)相機、云臺裝置、固定裝置、傾斜角傳感器、信號采集同步器以及圖像自動校準(zhǔn)模塊；其中，所述工業(yè)相機安裝在所述云臺裝置上，所述云臺裝置安裝在所述固定裝置上；所述傾斜角傳感器安裝于所述工業(yè)相機的頂部；所述工業(yè)相機和所述傾斜角傳感器分別與所述信號采集同步器電連接；

2.如權(quán)利要求1所述的基于俯仰角校準(zhǔn)圖像的視覺檢測信息采集裝置，其特征在于，所述視覺檢測信息采集裝置還包括自適應(yīng)補光燈；

3.如權(quán)利要求2所述的基于俯仰角校準(zhǔn)圖像的視覺檢測信息采集裝置，其特征在于，所述視覺檢測信息采集裝置還包括多模態(tài)數(shù)據(jù)融合模塊；

4.如權(quán)利要求1所述的基于俯仰角校準(zhǔn)圖像的視覺檢測信息采集裝置，其特征在于，所述圖像自動校準(zhǔn)模塊具體用于：利用所述傾斜角傳感器采集的相機鏡頭軸線與被測結(jié)構(gòu)表面法線之間的俯仰角，先修正物距，再以相機在俯仰角條件下拍攝的圖像的水平中心線為界，采用透視變換矩陣分別校正圖像上下區(qū)域的畸變；將校正后的圖像上下區(qū)域合并成一個完整的圖像，得到校正后的圖像。

5.如權(quán)利要求4所述的基于俯仰角校準(zhǔn)圖像的視覺檢測信息采集裝置，其特征在于，利用所述傾斜角傳感器采集的相機鏡頭軸線與被測結(jié)構(gòu)表面法線之間的俯仰角，先修正物距，再以相機在俯仰角條件下拍攝的圖像的水平中心線為界，采用透視變換矩陣分別校正圖像上下區(qū)域的畸變；將校正后的圖像上下區(qū)域合并成一個完整的圖像，得到校正后的圖像，包括：

6.一種利用如權(quán)利要求1～5任一項所述的基于俯仰角校準(zhǔn)圖像的視覺檢測信息采集裝置實現(xiàn)的基于俯仰角校準(zhǔn)圖像的視覺檢測信息采集方法，其特征在于，所述基于俯仰角校準(zhǔn)圖像的視覺檢測信息采集方法包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于俯仰角校準(zhǔn)圖像的視覺檢測信息采集裝置及方法，屬于機器視覺檢測技術(shù)領(lǐng)域，所述裝置包括：帶有變焦鏡頭的工業(yè)相機、云臺裝置、固定裝置、傾斜角傳感器、信號采集同步器以及圖像自動校準(zhǔn)模塊；其中，工業(yè)相機用于捕捉被測結(jié)構(gòu)表面區(qū)域的圖像；傾斜角傳感器用于確定相機鏡頭軸線與被測結(jié)構(gòu)表面法線之間形成的俯仰角；信號采集同步器用于確保工業(yè)相機和傾斜角傳感器之間的數(shù)據(jù)采集一致性；圖像自動校準(zhǔn)模塊用于校正相機所捕捉的圖像因所述俯仰角所產(chǎn)生的畸變，得到校正后的圖像。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠確保圖像數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而能夠提升工程結(jié)構(gòu)健康檢測和監(jiān)測的效率與精度。

技術(shù)研發(fā)人員：劉曉剛,徐剛,勾立爭,岳清瑞
受保護的技術(shù)使用者：北京科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6