[发明专利]带材位置图像数据集采集方法及其视觉检测方法

权利要求书

1.一种带材位置图像数据集采集方法，其特征在于，带材位置图像数据集的采集包括以下步骤：

a1、搭建采集带材位置图像数据的环境：

a11、搭建模拟辊道，在地面相距W_roller的距离位置处平行粘贴黄色标志物，以此模拟辊道两侧边部，并规定左侧为操作侧，右侧为传动侧；

a12、分别选取多种表面光洁程度和带有不同程度锈迹和氧化皮带材，带材实际宽度为B_strip、长度为L_strip，将带材放置于模拟辊道的黄色标志物中间，模拟带材轧制过程；

a2、采集带材位置图像数据，利用三脚架装置固定摄像头，调整三脚架固定摄像头位置与地面高度为H，拍摄不同角度的数据集，固定摄像头与地面呈垂直角度拍摄N张带材位置图像数据，调整摄像头与地面呈θ角度，其中θ＝15°、30°、45°和75°，每个角度拍摄N张带材位置图像数据；

a3、在紧贴模拟辊道的黄色标志物上侧固定放置一副标尺，以其零刻度对齐辊道中心点位置，标尺精度为1mm，用于测量带材的位置量，首先将带材放置于辊道中间位置，然后将带材向操作侧移动，每次移动量为d，直至带材触碰到操作侧辊道，每次移动带材后利用固定好的摄像头以与地面呈垂直角度和与地面呈θ角度拍摄带材位置图像，并根据标尺测量出偏移辊道中心的距离并记录；然后将带材移回辊道中间位置，将带材向传动侧移动，每次移动量为d，直至带材触碰到传动侧辊道，每次移动带材后利用固定好的摄像头以与地面呈垂直角度和与地面呈θ角度拍摄带材位置图像，并根据标尺测量出偏移辊道中心的距离并记录；

a4、完成采集后会得到摄像头与地面呈垂直角度拍摄以及和地面呈不同θ角度拍摄的带材位置图像及其对应偏移量的数据集记为Dataset；

b、建立带材位置检测分割模型，对带材图像数据集Dataset的处理过程为：

b1、首先判断带材位置图像I的拍摄角度，若与地面呈垂直角度拍摄则进入步骤b3，否则进入b2；

b2、利用透视变换原理对拍摄的三维空间图像进行图像校正；进行图像校正需要选取一个参照物，选取一张存在完整带材的倾斜角度拍摄的带材位置图像I并取图像上带材的四个原始角点为(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)、(x₄,y₄)，然后需要确定带材在透视变换后得到的新坐标系图像上的4个目标点(x′₁,y′₁)、(x′₂,y′₂)、(x′₃,y′₃)、(x′₄,y′₄)；带材目标点(x′,y′)根据公式转换成空间坐标(u,v,w)，然后根据透视变换公式求解出变换矩阵T，其中根据透视变换矩阵T将图像所有点投影到新平面，变换后的结果记为I_transform；

b3、对经过透视变换b2步骤处理后的I_transform和呈垂直角度拍摄的带材位置图像I进行图像分割处理；包括以下步骤：

b31、在垂直拍摄的原始带材图像I和b2步骤处理后的I_transform中，将模拟辊道的黄色标志物也采集到了图像中，而这一部分属于背景是不需要的，所以对图像进行裁剪处理，裁剪到黄色贴纸内侧最边缘像素即为模拟辊道边缘，裁剪后的图像记为I_crop，尺寸大小为A×B；

b32、对步骤b31裁剪后的图像I_crop进行图像增强处理；包括以下步骤：

b321、调整图像色阶，根据带材和辊道的背景，灰场数值Mid设置为1，黑场数值Shadow范围在50-100之间调整，白场数值Highlight范围在50-100之间调整；

b322、图像进行滤波处理，采用中值滤波器去掉原图像上锈迹氧化物等无用噪声，中值滤波核大小范围选定在80-120之间，滤波后再对图像进行灰度化处理，将其转换成单通道图像数据，增强后的图像记为I_aug；

b33、对图像I_aug进行阈值分割处理，设置的分割阈值shreshold，分割出图像中的带材，得到分割结果I_seg；

c、根据分割结果I_seg计算带材距辊道中心的偏移距离，具体的执行步骤为：

c1、将步骤b33分割后的图像结果I_seg转换成二维矩阵M_seg，并得到二维矩阵M_seg的高h和宽w，其中二维矩阵M_seg中的值为分割图像I_seg中各点处的灰度值G_(i,j)，i＝1～h,j＝1～w；

c2、将二维矩阵M_seg的高h四等分，分别取作为提取图像中带材位置的基准高度，其中为向下取整符号；

c3、取出二维矩阵M_seg在基准高度H₁、H₂、H₃、H₄上表示带材位置的标号；

c4、得到矩阵M_seg的四个基准高度上保存有带材位置的集合其中元素和分别代表带材在图像上左右两端位置标号，为减小误差，计算四个基准高度上带材位置标号的平均值，带材左侧位置标号为带材右侧位置标号为

c5、由于步骤b31已经将图像进行裁剪，所以图像左右两侧即代表操作侧和传动侧，计算带材在图像中的宽度，记为B_stripImg＝P_right-P_left；计算图像中带材距操作侧辊道距离为D_left＝P_left-0，计算图像中带材距传动侧辊道距离为D_right＝w-P_right；

c6、计算图像与实际尺寸之间的比例尺，已知实际带材宽度为B_strip，比例因子记为：Q＝B_strip/B_stripImg，单位为mm/pixel；

c7、计算实际带材的位置，记为E＝(D_left-D_right)×Q，若E大于零代表带材向传动侧辊道发生位置偏离，反之，代表向操作侧辊道发生位置偏离。

2.根据权利要求1所述的带材位置图像数据集采集方法，其特征在于，所述c3包括以下步骤：

c31、创建用于保存带材在图像四个基准高度上带材位置标号的集合S^t，t＝1,2,3,4，其中变量t代表不同的基准高度，为集合S^t中的子元素，设置循环变量v，并令t＝1，v＝1；

c32、判断矩阵M_seg在坐标(H_t,v)处的灰度值G(H_t，v)＝255是否成立，若成立，表示矩阵M_seg在此坐标处存在带材并转到步骤c33，若不成立，转到步骤c34；

c33、将当前变量v的值保存为集合S^t的元素；

c34、令变量v＝v+1；

c35、判断v＝w是否成立，若成立表示在基准高度H_t上搜索完成并转到步骤c36，若不成立转到步骤c32；

c36、得到当前基准高度H_t上保存有带材位置标号的集合S^t；

c37、令v＝1和t＝t+1；

c38、判断t＝4是否成立，若成立，完成四个基准高度带材位置标号的采集并转到步骤c4，若不成立，转到步骤c32。