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原文传递基于机器视觉的光纤预制棒气泡自动化检测系统及方法

专利名称：	基于机器视觉的光纤预制棒气泡自动化检测系统及方法
摘要：	本发明涉及机器视觉技术，具体涉及基于机器视觉的光纤预制棒气泡自动化检测系统及方法，该系统包括待测光纤预制棒、照明光源、图像采集模块、计算机和运动控制模块；图像采集模块包括镜头、相机及图像传输电路；待测光纤预制棒两端固定，可绕自身轴线旋转，照明光源长度大于等于待测光纤预制棒的直径；相机与照明光源垂直固定，并可沿待测光纤预制棒轴线移动；相机与计算机通过USB2.0的数据线连接。该系统克服人工检测光纤预制棒气泡成本高、检测效率低、人眼的生理限制、缺乏客观的评判标准的缺点。能自动、快速、较为准确地检测出光纤预制棒气泡的大小和位置，降低了检测成本、提高了检测效率。
专利类型：	发明专利
申请人：	武汉大学
发明人：	许贤泽;钟明;徐逢秋
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T19:00:00+0805
申请号：	CN202010077681.7
公开号：	CN111175306A
代理机构：	武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	彭艳君
分类号：	G01N21/88;G01N21/95;G01N21/01;G01N21/15;G01N21/84;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/88;G01N21/95;G01N21/01;G01N21/15;G01N21/84
申请人地址：	430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学
主权项：	1.一种基于机器视觉的光纤预制棒气泡自动化检测系统，其特征是，包括待测光纤预制棒、照明光源、图像采集模块、计算机和运动控制模块；图像采集模块包括镜头、相机及图像传输电路；待测光纤预制棒两端固定，可绕自身轴线旋转，照明光源长度大于等于待测光纤预制棒的直径；相机与照明光源垂直固定，并可沿待测光纤预制棒轴线移动；相机与计算机通过USB2.0的数据线连接。 2.如权利要求1所述的基于机器视觉的光纤预制棒气泡自动化检测系统，其特征是，照明光源采用红色LED组成的条形光源；相机采用彩色CCD相机。 3.如权利要求1所述的基于机器视觉的光纤预制棒气泡自动化检测系统，其特征是，镜头的视场角2ω和焦距f′根据待测光纤预制棒的直径决定，计算公式为：其中X是拍摄物体的范围，应大于待测光纤预制棒的直径，L是镜头到待测光纤预制棒表面的距离，d是相机接收器件的尺寸；镜头的景深大于等于待测光纤预制棒的直径。 4.基于权利要求1至3任一项所述的基于机器视觉的光纤预制棒气泡自动化检测系统的检测方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1、将待测光纤预制棒两端固定在检测装置上，使待测光纤预制棒可绕自身轴线旋转90°；用含酒精的无尘纸对待测光纤预制棒进行表面清洁；步骤2、关闭环境光源，照明光源垂直于待测光纤预制棒轴线对其进行照射；步骤3、启动相机和计算机，相机采集目标图像并将图像信号量化编码后传输给计算机；步骤4、计算机接收图像信号并完成图像处理，提取图像中的气泡、计算气泡的大小和位置；步骤5、沿待测光纤预制棒轴线方向移动相机与照明光源，重复步骤3、步骤4，直至完成待测光纤预制棒一端到另一端的气泡检测；步骤6、将待测光纤预制棒绕自身轴线旋转90°，相机与照明光源反向移动，重复步骤3、步骤4、步骤5；步骤7、根据步骤5、步骤6获得的二维图像中的气泡大小和位置信息还原气泡在待测光纤预制棒中的大小和空间位置。 5.如权利要求4所述的基于机器视觉的光纤预制棒气泡自动化检测系统的检测方法，其特征是，计算气泡的大小和位置的具体步骤如下： 1)将所接收的图像信号转换为灰度图像，先对其进行高斯滤波去噪，再进行灰度变换、高通滤波得到预处理图像； 2)采用Canny边缘检测算法对预处理图像进行处理，获得具有气泡边缘信息的二值图像； 3)采用形态学运算中的闭运算连接断开的气泡边缘并填充气泡内部，得到气泡在二维图像中的位置和大小；采用球形拟合气泡，其半径用两幅图像中气泡的外接圆半径的平均值表示； 4)将旋转前后采集到的图像分别拼接为完整的二维待测光纤预制棒图像，计算气泡的三维坐标(x,y,z)；以截面圆心为原点建立坐标系，其中，旋转前相机位置为C1，旋转后相机位置为C2，A′为气泡像点位置，A为气泡物点位置，设物像的z坐标一致；拼接后的图像可得气泡像点A′的坐标(x0，y0)，设物点A坐标为(xA，yA)，C1坐标为(-C,0)，C2坐标为(0,C)，其中C＝L+R，L是相机与待测光纤预制棒外表面的距离，R是待测光纤预制棒的半径，由待测光纤预制棒的轮廓方程与直线C1A′方程联立可得B1的坐标(x1，y1)，即其中， B1点的入射角和出射角：同理计算得到B2点的入射角和出射角，由折射定律： sinθ出＝nsinθ入计算得到气泡的物点位置A(xA，yA)，通过平移运算得到气泡的三维坐标(x′A，y′A，z)；n为待测光纤预制棒的折射率。
所属类别：	发明专利