CN111824523A - 一种基于线激光的钢筋计数打包检测系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于线激光的钢筋计数打包检测系统，包括双目相机模组、支架、钢筋输送机构、钢筋打包机构，支架上设置多组限位槽，支架下安装高度可升降的底座；一种基于线激光的钢筋计数打包检测方法，步骤为：以被测钢筋所在平台为基准面，在被测钢筋对面上设多组双目相机模组；分别获取左右钢筋端面轮廓图像进行立体校正；匹配校正后图像得到成像匹配点对；根据视差计算得到三维数据；得到钢筋端面轮廓图和钢筋数目；以半数以上双目相机模组的检测结果计为最终数目；设置打包所需数目，钢筋数量达到设定数目后发送至钢筋打包装置。本发明抗环境干扰能力强；快速准确分析出钢筋数目完成计数，完成打捆工作，准确度高，结构简单，降低成本，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及钢筋计数技术领域，具体涉及一种基于线激光的钢筋计数打包检测系统和方法。
背景技术
在钢筋生产过程中，需要按一定数量打捆时，一般由人工操作完成，需要多次标记区分已计数和未计数的钢筋，这样耗费了大量的人工成本，效率也很低，计数误差也会增大；很多流水线上设置有自动计数装置，产品的生产效率高，使用者需要对生产出的产品个数进行统计来对钢筋进行清点。
现有技术中，机械式的钢筋计数装置只能匀速工作，也需要钢筋保持整齐状态，在生产高峰期时，由于钢筋的直径较小，数量众多会堆在一起，并不能保证具有良好的计数准确性。由于工作量较大，费时费力，现在没有很好的计算装置来解决上述中存在的问题，电子感应设备完全依靠电子感应装置进行直接扫描存在计数误差，触发自动计数装置的概率不高，影响施工结果和过程。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于线激光的钢筋计数打包检测系统和方法，可以在实际施工过程中，扫描钢筋生产流水线上的钢筋或其他物料，完成计数，还可以代替人工完成固定钢筋数量的打捆工作，该装置准确度高，结构简单，通过该装置能够降低工作人员的配置，降低生产成本，提高工作效率。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：
一种基于线激光的钢筋计数打包检测系统，包括双目相机模组、支架、钢筋输送机构、钢筋打包机构，所述双目相机模组固定安装于所述支架上，所述支架上设置有多组限位槽以调整位置，所述支架下方安装有高度可升降的底座，所述钢筋输送机构与钢筋打包机构连接到一起，所述双目相机模组的安装位置与钢筋输送机构保持相对。
本发明还提供一种基于线激光的钢筋计数打包检测方法，包括以下步骤：
(1)以被测钢筋所在平台为基准面，在被测钢筋对面上方架设由多组双目立体相机和线激光发射器组成的双目相机模组，使线激光发射器发射的线激光长度足够扫过被测钢筋上表面，而双目相机能够摄取到激光线，双目相机和线激光发射器的位置保持相对固定；
(2)每个双目相机模组通过双目相机的左摄像头和右摄像头分别获取被测钢筋的左钢筋端面轮廓图像和右钢筋端面轮廓图像，对左钢筋端面轮廓图像和右钢筋端面轮廓图像进行立体校正；
对校正后的左钢筋端面轮廓图像和右钢筋端面轮廓图像进行匹配得到线激光成像匹配点对；
根据线激光匹配点对得到左右视图视差，并根据所述左右视图视差计算得到被测钢筋端面轮廓的三维数据；
(3)数据处理模块根据所述钢筋端面轮廓三维数据以及对应关系，得到钢筋端面轮廓图以及钢筋数目的信息；
(4)在控制模块将根据双目相机模组的图像采集结果计算出的钢筋数目进行比对，以N组(N大于双目相机模组数量的二分之一)所述双目相机模组的检测结果计得数值为最终钢筋数目；
(5)设置打包所需固定数目，数据处理模块最终计算得到的钢筋数量达到设定数目后将钢筋发送至钢筋打包装置。
优选的，根据步骤3所述，所述数据处理模块通过对所述三维数据进行量化并利用分水岭变换转化为灰度图像，根据所述灰度图像确定每根钢筋的中心点及数目；
所述数据处理模块根据预设的测量距离范围对得到的钢筋端面完整轮廓三维数据进行二值化，得到二值图像；
对所述二值图像进行分水岭变换，将所述二值图像转换为灰度图像；
将所述灰度图像中的灰度极大值点标记为钢筋中心点，并对得到的钢筋端面轮廓图像进行分析处理。
优选的，根据步骤1所述，对双目相机的左摄像头和右摄像头进行立体标定，得到所述双目相机的内参矩阵A、左摄像头和右摄像头之间的旋转矩阵R与平移向量T。
优选的，对双目相机的左摄像头和右摄像头进行立体标定，得到所述双目相机的内参矩阵A、左摄像头和右摄像头之间的旋转矩阵R与平移向量T包括：
对双目相机的左摄像头和右摄像头分别进行标定，得到所述双目相机的内参矩阵A、所述左摄像头的旋转矩阵R1和所述右摄像头的旋转矩阵Rr，以及所述左摄像头的平移向量T1和所述右摄像头的平移向量Tr；
通过如下公式计算得到所述左摄像头和所述右摄像头之间的旋转矩阵R和平移向量T：
优选的，对所述左钢筋端面轮廓图像和所述右钢筋端面轮廓图像进行立体校正包括：
将所述旋转矩阵R分解为两个旋转矩阵r1和rr，其中r1和rr通过假设将所述左摄像头和所述右摄像头各旋转一半使所述左摄像头和所述右摄像头的光轴平行而得到；
对所述左钢筋端面轮廓图像和所述右钢筋端面轮廓图像进行行对准通过下式实现：
其中，Rrect为使行对准的旋转矩阵：
旋转矩阵Rrect由极点e1方向开始，以所述左钢筋端面轮廓图像的原点为主，所述左摄像头至所述右摄像头的平移向量的方向为主点方向：
e1与e2正交，将e1归一化到单位向量：
其中，Tx为平移向量T在双目相机所处平面内水平方向的分量，Ty为平移向量T在双目相机所处平面内竖直方向的分量；
e3与e1和e2正交，e3通过如下公式计算得到：
e3＝e2×e1
根据上述旋转矩阵物理意义有：
其中，α表示为使行对准，所述左摄像头和所述右摄像头在其所处平面内需要旋转的角度，0≤α≤180°；对于所述左摄像头，使其绕e3方向旋转α'，对于右相机，使其绕e3方向旋转α”。
优选的，根据步骤1所述，所述双目相机模组架设有多组，所述双目相机模组安装于支架上，所述支架上设置有升降机构可以调节支架的高度，所述双目相机模组的数量大于等于两组。
优选的，根据步骤1所述，所述线激光发射器内置于所述双目相机中，或所述线激光发射器外挂于所述双目相机上并与所述双目相机形成共体结构或所述线激光发射器与所述双目相机采用分体式安装。
优选的，根据步骤4所述，在控制模块中设置有多数表决模块，各双目相机模组对应采集到的钢筋端面轮廓图像是相对独立的，数据处理模块采用大于半数以上为准的方法对多个计数结果进行表决处理来提高计数部分的准确率。
优选的，根据步骤4所述，在控制模块中还包括结果输出模块，根据输出方式不同，分为原始图像输出、图像处理中间结果输出、计数结果输出和表决结果输出。
本发明可以在实际施工过程中，扫描钢筋生产流水线上的钢筋或其他物料，来获取成捆钢筋端面轮廓图像，能够适应各种光照环境，抗环境干扰能力强；通过对三维数据进行量化并利用分水岭变换转化为灰度图像，根据灰度图像确定钢筋中心点及数目，能快速准确分析出钢筋数目，完成计数，还可以代替人工完成固定钢筋数量的打捆工作，该装置准确度高，结构简单，通过该方法能够降低工作人员的配置，降低生产成本，提高工作效率，大大增加了施工现场设备的自动化性。
附图说明
图1为一种基于线激光的钢筋计数打包检测方法的步骤流程示意图；
图2为一种基于线激光的钢筋计数打包检测系统的实施安装结构示意图；
图3为一种基于线激光的钢筋计数打包检测方法的钢筋计数流程示意图；
图4为一种基于线激光的钢筋计数打包检测系统检测钢筋端面示意图。
附图标记：1-支架，2-双目相机模组，3-限位槽，4-底座，5-钢筋，6-钢筋打包机构，7-钢筋输送机构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各个元件、组件和/或部分，但这些元件、组件和/或部分不受这些术语限制。
在本实施例中，如图2所示，一种基于线激光的钢筋计数打包检测系统，包括双目相机模组2、支架1、钢筋输送机构7、钢筋打包机构5，所述双目相机模组2固定安装于所述支架1上，所述支架1上设置有多组限位槽3以调整位置，所述支架1下方安装有高度可升降的底座4，所述钢筋输送机构5与钢筋打包机构7连接到一起，所述双目相机模组2的安装位置与钢筋输送机构7保持相对。
一种基于线激光的钢筋计数打包检测系统和方法，包括以下步骤：
(1)以被测钢筋所在平台为基准面，在被测钢筋对面上方架设多组由双目立体相机和线激光发射器组成的双目相机模组，使线激光发射器发射的线激光长度足够扫过被测钢筋上表面，而双目相机能够摄取到激光线，双目相机和线激光发射器的位置保持相对固定。
(2)每个双目相机模组通过双目相机的左摄像头和右摄像头分别获取被测钢筋的左钢筋端面轮廓图像和右钢筋端面轮廓图像，对左钢筋端面轮廓图像和右钢筋端面轮廓图像进行立体校正；
对校正后的左钢筋端面轮廓图像和右钢筋端面轮廓图像进行匹配得到线激光成像匹配点对；
根据线激光匹配点对得到左右视图视差，并根据所述左右视图视差计算得到被测钢筋端面轮廓的三维数据。
(3)数据处理模块根据所述钢筋端面轮廓三维数据以及对应关系，得到钢筋端面轮廓图以及钢筋数目的信息；
(4)在控制模块将根据双目相机模组的图像采集结果计算出的钢筋数目进行比对，以N组(N大于双目相机模组数量的二分之一)所述双目相机模组的检测结果计得数值为最终钢筋数目。
(5)设置打包所需固定数目，数据处理模块最终计算得到的钢筋数量达到设定数目后将钢筋发送至钢筋打包装置。
本实施例中，根据步骤3所述，所述数据处理模块通过对所述三维数据进行量化并利用分水岭变换转化为灰度图像，根据所述灰度图像确定每根钢筋的中心点及数目；
本实施例中，所述数据处理模块根据预设的测量距离范围对得到的钢筋端面完整轮廓三维数据进行二值化，得到二值图像；对所述二值图像进行分水岭变换，将所述二值图像转换为灰度图像；将所述灰度图像中的灰度极大值点标记为钢筋中心点，并对得到的钢筋端面轮廓图像进行分析处理。
本实施例中，对双目相机的左摄像头和右摄像头进行立体标定，得到所述双目相机的内参矩阵A、左摄像头和右摄像头之间的旋转矩阵R与平移向量T。
对双目相机的左摄像头和右摄像头进行立体标定，得到所述双目相机的内参矩阵A、左摄像头和右摄像头之间的旋转矩阵R与平移向量T包括：
对双目相机的左摄像头和右摄像头分别进行标定，得到所述双目相机的内参矩阵A、所述左摄像头的旋转矩阵R1和所述右摄像头的旋转矩阵Rr，以及所述左摄像头的平移向量T1和所述右摄像头的平移向量Tr；
通过如下公式计算得到所述左摄像头和所述右摄像头之间的旋转矩阵R和平移向量T：
对所述左钢筋端面轮廓图像和所述右钢筋端面轮廓图像进行立体校正包括：
将所述旋转矩阵R分解为两个旋转矩阵r1和rr，其中r1和rr通过假设将所述左摄像头和所述右摄像头各旋转一半使所述左摄像头和所述右摄像头的光轴平行而得到；
对所述左钢筋端面轮廓图像和所述右钢筋端面轮廓图像进行行对准通过下式实现：
其中，Rrect为使行对准的旋转矩阵：
旋转矩阵Rrect由极点e1方向开始，以所述左钢筋端面轮廓图像的原点为主，所述左摄像头至所述右摄像头的平移向量的方向为主点方向：
e1与e2正交，将e1归一化到单位向量：
其中，Tx为平移向量T在双目相机所处平面内水平方向的分量，Ty为平移向量T在双目相机所处平面内竖直方向的分量；
e3与e1和e2正交，e3通过如下公式计算得到：
e3＝e2×e1
根据上述旋转矩阵物理意义有：
其中，α表示为使行对准，所述左摄像头和所述右摄像头在其所处平面内需要旋转的角度，0≤α≤180°；对于所述左摄像头，使其绕e3方向旋转α'，对于右相机，使其绕e3方向旋转α”。
本实施例中，所述双目相机模组架设有多组，所述双目相机模组安装于支架上，所述支架上设置有升降机构可以调节支架的高度，所述双目相机模组的数量为两组以上。
在钢筋输送机构对面架设多组双目相机模组，根据支架调节升降机构高度直至线激光可以完整照射到钢筋端面，升降机构的控制端设置在控制模块，可以根据命令随时控制双目相机模组的安装高度。
在本实施例中，所述线激光发射器内置于所述双目相机中，或所述线激光发射器外挂于所述双目相机上并与所述双目相机形成共体结构或所述线激光发射器与所述双目相机采用分体式安装，在工作时保持双目相机与线激光发射器相对固定即可。
在本实施例中，根据步骤4所述，如图3所示，在控制模块中设置有多数表决模块，多数表决模块的工作流程如下：首先采集钢筋图像；进行钢筋端面图像处理，得到钢筋端面的三维立体信息；判断各双目相机模组检测到的钢筋数量是否一致；若一致则将此数量记为钢筋数量，达到设定数值后发送至打包机构进行下一步操作，若不一致，则以大于二分之一双目相机模组总数的双目相机模组的检测结果为准来记钢筋数量，最后达到设定数值后发送至打包机构进行下一步操作。
各双目相机模组对应采集到的钢筋端面轮廓图像是相对独立的，数据处理模块采用大于半数以上为准的方法对多个计数结果进行表决处理来提高计数部分的准确率；若采用两组双目相机模组进行钢筋计数以及打包操作，则需以两组双目相机模组采集到的钢筋端面轮廓图像计算出的钢筋数量为准。
在本实施例中，根据步骤4所述，在控制模块中还包括结果输出模块，根据输出方式不同，分为原始图像输出、图像处理中间结果输出、计数结果输出和表决结果输出。结果输出模块在双目相机模组采集钢筋端面轮廓图像后输出原始图像，数据处理模块将图像处理中间结果输出，最后将计算后的计数结果输出，通过多数表决法输出表决结果；根据表决结果与预先设定好的打包数量，在达到固定钢筋计数数量后，控制模块发送命令，将已计数钢筋发送至打包机构进行打包。
本发明可以在实际施工过程中，扫描钢筋生产流水线上的钢筋或其他物料，来获取成捆钢筋端面轮廓图像，能够适应各种光照环境，抗环境干扰能力强；通过对三维数据进行量化并利用分水岭变换转化为灰度图像，根据灰度图像确定钢筋中心点及数目，能快速准确分析出钢筋数目，完成计数，还可以代替人工完成固定钢筋数量的打捆工作，该装置准确度高，结构简单，通过该方法能够降低工作人员的配置，降低生产成本，提高工作效率，大大增加了施工现场设备的自动化性。
本发明可以在实际施工过程中，扫描钢筋生产流水线上的钢筋或其他物料，来获取成捆钢筋端面轮廓图像，能够适应各种光照环境，抗环境干扰能力强；通过对三维数据进行量化并利用分水岭变换转化为灰度图像，根据灰度图像确定钢筋中心点及数目，能快速准确分析出钢筋数目，完成计数，还可以代替人工完成固定钢筋数量的打捆工作，该装置准确度高，结构简单，通过该方法能够降低工作人员的配置，降低生产成本，提高工作效率，大大增加了施工现场设备的自动化性。
以上公开的本说明书优选实施例只是用于帮助阐述本说明书，可选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本说明书的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本说明书。本说明书仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种基于线激光的钢筋计数打包检测系统，其特征在于，包括双目相机模组、支架、钢筋输送机构、钢筋打包机构，所述双目相机模组固定安装于所述支架上，所述支架上设置有多组限位槽以调整位置，所述支架下方安装有高度可升降的底座，所述钢筋输送机构与钢筋打包机构连接到一起，所述双目相机模组的安装位置与钢筋输送机构保持相对。
2.一种基于线激光的钢筋计数打包检测方法，其特征在于，一种基于线激光的钢筋计数打包检测方法，包括以下步骤：
(1)以被测钢筋所在平台为基准面，在被测钢筋对面上方架设多组由双目立体相机和线激光发射器组成的双目相机模组，使线激光发射器发射的线激光长度足够扫过被测钢筋上表面，而双目相机能够摄取到激光线，双目相机和线激光发射器的位置保持相对固定；
(2)每个双目相机模组通过双目相机的左摄像头和右摄像头分别获取被测钢筋的左钢筋端面轮廓图像和右钢筋端面轮廓图像，对左钢筋端面轮廓图像和右钢筋端面轮廓图像进行立体校正；
对校正后的左钢筋端面轮廓图像和右钢筋端面轮廓图像进行匹配得到线激光成像匹配点对；
根据线激光匹配点对得到左右视图视差，并根据所述左右视图视差计算得到被测钢筋端面轮廓的三维数据；
(3)数据处理模块根据所述钢筋端面轮廓三维数据以及对应关系，得到钢筋端面轮廓图以及钢筋数目的信息；
(4)在控制模块将根据双目相机模组的图像采集结果计算出的钢筋数目进行比对，以N组(N大于双目相机模组数量的二分之一)所述双目相机模组的检测结果计得数值为最终钢筋数目；
(5)设置打包所需固定数目，数据处理模块最终计算得到的钢筋数量达到设定数目后将钢筋发送至钢筋打包装置。
3.根据权利要求1所述的一种基于线激光的钢筋计数打包检测系统和方法，其特征在于，根据步骤3所述，所述数据处理模块通过对所述三维数据进行量化并利用分水岭变换转化为灰度图像，根据所述灰度图像确定每根钢筋的中心点及数目；
所述数据处理模块根据预设的测量距离范围对得到的钢筋端面完整轮廓三维数据进行二值化，得到二值图像；
对所述二值图像进行分水岭变换，将所述二值图像转换为灰度图像；
将所述灰度图像中的灰度极大值点标记为钢筋中心点，并对得到的钢筋端面轮廓图像进行分析处理。
4.根据权利要求1所述的一种基于线激光的钢筋计数打包检测系统和方法，其特征在于，根据步骤1所述，对双目相机的左摄像头和右摄像头进行立体标定，得到所述双目相机的内参矩阵A、左摄像头和右摄像头之间的旋转矩阵R与平移向量T。
5.根据权利要求1所述的一种基于线激光的钢筋计数打包检测系统和方法，其特征在于，对双目相机的左摄像头和右摄像头进行立体标定，得到所述双目相机的内参矩阵A、左摄像头和右摄像头之间的旋转矩阵R与平移向量T包括：
对双目相机的左摄像头和右摄像头分别进行标定，得到所述双目相机的内参矩阵A、所述左摄像头的旋转矩阵R1和所述右摄像头的旋转矩阵Rr，以及所述左摄像头的平移向量T1和所述右摄像头的平移向量Tr；
通过如下公式计算得到所述左摄像头和所述右摄像头之间的旋转矩阵R和平移向量T：
6.根据权利要求1所述的一种基于线激光的钢筋计数打包检测系统和方法，其特征在于，根据步骤1所述，对所述左钢筋端面轮廓图像和所述右钢筋端面轮廓图像进行立体校正包括：
将所述旋转矩阵R分解为两个旋转矩阵r1和rr，其中r1和rr通过假设将所述左摄像头和所述右摄像头各旋转一半使所述左摄像头和所述右摄像头的光轴平行而得到；
对所述左钢筋端面轮廓图像和所述右钢筋端面轮廓图像进行行对准通过下式实现：
其中，Rrect为使行对准的旋转矩阵：
旋转矩阵Rrect由极点e1方向开始，以所述左钢筋端面轮廓图像的原点为主，所述左摄像头至所述右摄像头的平移向量的方向为主点方向：
e1与e2正交，将e1归一化到单位向量：
其中，Tx为平移向量T在双目相机所处平面内水平方向的分量，Ty为平移向量T在双目相机所处平面内竖直方向的分量；
e3与e1和e2正交，e3通过如下公式计算得到：
e3＝e2×e1
根据上述旋转矩阵物理意义有：
其中，α表示为使行对准，所述左摄像头和所述右摄像头在其所处平面内需要旋转的角度，0≤α≤180°；对于所述左摄像头，使其绕e3方向旋转α'，对于右相机，使其绕e3方向旋转α”。
7.根据权利要求5所述的一种基于线激光的钢筋计数打包检测系统和方法，其特征在于，根据步骤1所述，所述双目相机模组架设有多组，所述双目相机模组安装于支架上，所述支架上设置有升降机构可以调节支架的高度，所述双目相机模组的数量大于等于两组。
8.根据权利要求1所述的一种基于线激光的钢筋计数打包检测系统和方法，其特征在于，根据步骤1所述，所述线激光发射器内置于所述双目相机中，或所述线激光发射器外挂于所述双目相机上并与所述双目相机形成共体结构或所述线激光发射器与所述双目相机采用分体式安装。
9.根据权利要求1所述的一种基于线激光的钢筋计数打包检测系统和方法，其特征在于，根据步骤4所述，在控制模块中设置有多数表决模块，各双目相机模组对应采集到的钢筋端面轮廓图像是相对独立的，数据处理模块采用大于半数以上为准的方法对多个计数结果进行表决处理来提高计数部分的准确率。
10.根据权利要求1所述的一种基于线激光的钢筋计数打包检测系统和方法，其特征在于，根据步骤4所述，在控制模块中还包括结果输出模块，根据输出方式不同，分为原始图像输出、图像处理中间结果输出、计数结果输出和表决结果输出。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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