基于线型激光的钢板表面缺陷三维检测技术

　　作为表征钢板表面质量主要指标之一的表面缺陷可以分为二维缺陷和三维缺陷.在很多场合下，尤其是针对热轧钢板，钢板表面缺陷的深度信息对于判定钢板表面的质量具有非常重要的意义.对此，国家标准、部级标准及各类企业标准都给出了严格的定义.目前我国现有的表面缺陷自动检测系统都只对钢板表面进行二维检测，给出表面缺陷的二维信息，而不能给出表征缺陷深度的三维信息^[1-3] ，因此有必要采用三维检测技术对表面缺陷深度信息进行检测.

　　目前三维视觉技术主要可以分为双目或多目视觉、明暗恢复形状、结构光法等方式.由于钢板表面特别是热轧钢板表面存在大量诸如氧化铁皮、油印等二维非缺陷图像干扰，在运用双目或多目视觉系统进行图像处理的过程中，图像特征点难以提取，不易通过对图像的特征区域匹配求得特征点视差，因而使用双目或多目视觉方法无法有效得到钢板表面缺陷的深度信息.明暗恢复形状法的基本原理虽然简单，但由于钢板表面反射特性的不均匀性以及生产现场的照明环境难以掌握^[4] ，该方法也很难应用于钢板表面的三维缺陷检测.与前面两种方式比较，结构光检测法较为容易控制场景照明，特别是采用激光作为结构光光源时，不容易受到现场环境干扰，同时该方法通过计算光束平面上物体的轮廓进行三维检测^[5] ,因此可以屏蔽钢板表面二维非缺陷图像特征带来的影响，

　　本文利用采集线型激光照射出的钢板表面轮廓图像来计算表面缺陷的深度，在实验室条件下实现了对钢板表面缺陷深度信息的量化提取，并取得了较好的检测结果.

　　1检测原理

　　如图1所示，激光发生器经过单面柱透镜，形成激光线束，将激光线垂直投射在钢板表面，横向覆盖整个生产表面，激光线纵向宽度为1~2mrn.采集激光线的漫反射图像并进行图像处理，进而获得钢板表面缺陷的三维深度信息.实验系统采用半导体红色激光器，输出波长为650nm，输出功率为20mw，图像采集系统选用分辨率为768x576的面阵摄像机，采用隔行扫描方式，有效像素为768x288，镜头焦距为25mm，实验平台为自行设计开发的运动图像采集与表面在线检测实验台.系统在深度方向的图像采集范围为30mm左右，深度检测的理论精度为0.10mm.

　　2摄像机的标定

　　摄像机标定的任务是，在某一个即定的摄像机模型下，经过对数字图像的处理，利用一系列数学变换和计算方法，求取摄像机模型的内部参数和外部参数，从而确定像平面上各点与物理坐标中各点的映射关系^[6] .系统标定的基本方法是在一定的成像模型下，利用形状、尺寸己知的标定参照物求取摄像机的内、外部参数.直接线性变换法田LT)是由Abdel曰八LZiz和Ka.rara首先提出的.通过求解线性方程的手段求得摄像机模型的参数.该方法是对在摄影测量学中传统方法的简化.