一种光缆外径在线测量的光学视觉检测方法及系统与流程
本发明涉及光学测量与在线检测，尤其涉及一种光缆外径在线测量的光学视觉检测方法及系统。
背景技术：
1、在光纤光缆的生产制造过程中，外径尺寸的精确控制是保障产品质量的关键环节。目前，光缆外径的在线测量主要依赖激光扫描测径仪和ccd成像测径仪的光学测量设备。然而，在实际拉丝生产线上，测量环境极为复杂：加热炉产生的高温使光纤周围空气形成显著的温度梯度分布，导致光线穿过测量区域时发生折射路径的随机偏折；同时，冷却装置泄漏的氦气进一步加剧了测量区域折射率分布的不均匀性，这类热致光学效应对测量光束的传播路径产生不可忽略的扰动，使得传统测径仪的测量结果偏离真实值。此外，随着特种光缆的广泛应用，光缆截面不再局限于标准圆形，而非圆截面形状使得传统仅沿单个或两个正交方向进行直径测量的方式无法全面表征光缆的椭圆度和径向圆度误差的几何特征。光缆自身多层透明结构所导致的光学反射和折射，在成像结果中形成多重干扰边缘，进一步增加了从光学图像中准确提取各层真实边界的难度。
2、因此亟需研发一种光缆外径在线测量的光学视觉检测方法及系统，能够综合利用多维度测量信息、有效抑制高温环境干扰、准确提取多层结构边界的在线测量方案，以克服现有技术在复合测量场景中的不足，满足光缆生产质量控制对高精度外径检测的实际需求。
技术实现思路
1、为了克服现有光缆外径在线测量技术中高温环境导致的光学测量误差难以有效补偿、非圆截面与多层结构下真实边界难以准确提取、以及单一传感模态信息不足无法全面获取多维几何参数的缺点，本发明提供了一种光缆外径在线测量的光学视觉检测方法及系统。
2、技术方案为：一种光缆外径在线测量的光学视觉检测方法，包括以下步骤：
3、s1：采集光缆拉丝高温生产线处非圆截面光缆的多模态数据，所述多模态数据包含轮廓测量数据、层析测量数据、高温图像数据和温度场数据；
4、s2：基于所述轮廓测量数据获取闭合轮廓点云序列的局部曲率，根据所述局部曲率获取轮廓置信度权重和时空基准场；
5、s3：根据所述层析测量数据反演获取材料的折射率，基于所述折射率获取同心度和偏心方向角；
6、s4：基于所述高温图像数据获取二维温度分布图和图像畸变场，根据所述二维温度分布图和图像畸变场获取边缘点集；
7、s5：根据所述温度场数据和二维温度分布图获取融合温度场，基于所述融合温度场获取各传感器的动态融合权重；
8、s6：基于所述轮廓置信度权重、时空基准场、边缘点集和动态融合权重获取融合轮廓点集，根据所述融合轮廓点集、同心度和偏心方向角重建光缆的三维几何模型获取多维几何参数。
9、优选地，所述采集光缆拉丝高温生产线处非圆截面光缆的多模态数据，所述多模态数据包含轮廓测量数据、层析测量数据、高温图像数据和温度场数据，包括：所述轮廓测量数据为预设角度下光缆横截面上各采样点的二维空间坐标构成的二维轮廓点云；所述层析测量数据包含oct图像、各径向方向的a-scan干涉信号和各层界面的反射峰相位；所述高温图像数据为测量区域的灰度图像；所述温度场数据包含光缆表面实测温度和设备振动加速度信号。
10、优选地，所述基于所述轮廓测量数据获取闭合轮廓点云序列的局部曲率，根据所述局部曲率获取轮廓置信度权重和时空基准场，包括：基于不同角度下的轮廓测量数据进行角度拼接形成当前时刻的闭合轮廓点云序列，其中为拼接后轮廓的总采样点，为第个采样点的二维空间坐标；以任意采样点为中心，取所述中心前后各个点构建局部邻域点集，对所述局部邻域点集拟合获取轮廓参数方程，其中为弧长参数；根据所述轮廓参数方程通过获取处的局部曲率，其中分别为对的一阶导数在处的值，分别为对的二阶导数在处的值；并获取局部邻域内所有点的曲率平均值，根据所述局部曲率和曲率平均值获取局部曲率偏差量率，基于所述局部曲率偏差量率进行受热畸变点检测和预警；根据所述局部曲率生成时空基准场，基于所述局部曲率偏差量率生成轮廓点的轮廓置信度权重。
11、优选地，所述根据所述局部曲率生成时空基准场，基于所述局部曲率偏差量率生成轮廓点的置信度权重，包括：根据各采样点的局部曲率获取轮廓最大曲率，基于所述轮廓最大曲率通过确定各区域的采样密度，其中为基准采样密度，为采样调节系数；根据各区域的采样密度重新分配采样点位置，对重新采样后的离散点进行三次样条插值生成重建后的轮廓曲线；基于所述重建后的轮廓曲线通过互相关函数进行相邻帧轮廓点云的时序互相关分析形成位移场；基于所述设备振动加速度信号对所述位移场进行修正生成时空基准场；基于所述局部曲率偏差量率通过获取对应采样点的轮廓置信度权重，其中为当前闭合轮廓点云序列全部点局部曲率偏差量率的样本标准差，为极小正数。
12、优选地，所述根据所述层析测量数据反演获取材料的折射率，基于所述折射率获取同心度和偏心方向角，包括：在当前温度下，根据所述各层界面的反射峰相位获取对应层上下界面反射峰的相位差，根据所述相位差通过折射反演函数反演获取材料的折射率，所述折射反演函数为，其中为室温下第层材料的折射率，为室温，为室温下的基准相位差，为第层材料的相对折射率温度系数；以重建后的轮廓曲线作为先验约束，在所述oct图像上从所述轮廓曲线的中心向外轮廓上的各点作径向射线提取灰度序列，基于所述灰度序列搜索各径向方向上各层界面的径向位置；根据所述各径向方向上各层界面的径向位置和折射率获取同心度和偏心方向角。
13、优选地，所述根据所述各径向方向上各层界面的径向位置和折射率获取同心度和偏心方向角，包括：基于所述各径向方向上各层界面的径向位置和折射率获取各径向方向上各层界面的厚度；根据所述各层厚度构建厚度序列，将所述厚度序列按极角展开为傅里叶级数：，其中为零阶傅里叶系数，为预设傅里叶展开阶数，为第阶余弦分量系数，为第阶正弦分量系数；提取一阶分量的幅值获取第层的同心度：，其中为第层的等效偏心量，，为第层的平均厚度；同时根据所述一阶分量的相位获取偏心方向角。
14、优选地，所述基于所述高温图像数据获取二维温度分布图和图像畸变场，根据所述二维温度分布图和图像畸变场获取边缘点集，包括：对所述灰度图像进行暗场校正和平场校正的预处理，从预处理图像中分离出热辐射背景场；基于所述热辐射背景场建立图像灰度与温度的映射模型反演出测量区域的二维温度分布，获取二维温度分布图；对所述灰度图像采用光流法获取图像畸变场，建立畸变场的p阶自回归模型获取预测的畸变场，基于所述预测的畸变场对下一帧图像进行前馈式几何校正获取校正后的图像；在校正后的图像上，基于所述二维温度分布图沿径向方向搜索满足检测条件的像素点，对所述像素点进行亚像素定位获取边缘点集。
15、优选地，所述根据所述温度场数据和二维温度分布图获取融合温度场，基于所述融合温度场获取各传感器的动态融合权重，包括：根据所述光缆表面实测温度和二维温度分布图获取同一位置的温度偏差；基于所述温度偏差对所述二维温度分布图进行融合校准获取融合温度场；根据所述融合温度场通过动态融合权重函数获取三类传感器的动态融合权重，所述动态融合权重函数为，其中为第类传感器的动态融合权重，为第类传感器的基准权重，为第类传感器的温度敏感函数。
16、优选地，所述基于所述轮廓置信度权重、时空基准场、边缘点集和动态融合权重获取融合轮廓点集，根据所述融合轮廓点集和层间同心度重建光缆的三维几何模型获取多维几何参数，包括：基于所述时空基准场将所有数据进行对齐；将所述重建后的轮廓曲线与边缘点集按极角配准，根据配准后的数据、轮廓置信度权重和动态融合权重通过融合轮廓函数获取融合轮廓点集；将所述融合轮廓点集转换至直角坐标系进行曲线拟合，并通过拟合后的外轮廓与同心度和偏心方向角重建光缆界面的三维几何模型；对所述三维几何模型进行提取获取多维几何参数，所述多维几何参数包含等效直径、最大直径、最小直径、径向圆度误差、椭圆度、各层厚度、同心度和偏心方向角。
17、优选地，所述一种光缆外径在线测量的光学视觉检测系统，还包括：
18、多模态数据采集模块，采集光缆拉丝高温生产线处非圆截面光缆的多模态数据，所述多模态数据包含轮廓测量数据、层析测量数据、高温图像数据和温度场数据；
19、时序基准生成模块，基于所述轮廓测量数据获取闭合轮廓点云序列的局部曲率，根据所述局部曲率获取轮廓置信度权重和时空基准场；
20、层析应力反演模块，根据所述层析测量数据反演获取材料的折射率，基于所述折射率获取同心度和偏心方向角；
21、热像自适应处理模块，基于所述高温图像数据获取二维温度分布图和图像畸变场，根据所述二维温度分布图和图像畸变场获取边缘点集；
22、融合权重分配模块，根据所述温度场数据和二维温度分布图获取融合温度场，基于所述融合温度场获取各传感器的动态融合权重；
23、融合重建多维输出模块，基于所述轮廓置信度权重、时空基准场、边缘点集和动态融合权重获取融合轮廓点集，根据所述融合轮廓点集、同心度和偏心方向角重建光缆的三维几何模型获取多维几何参数。
24、与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明通过多模态数据融合框架，将轮廓测量、层析测量、高温图像与温度场信息有机整合，有效抑制了高温环境引起的光路折射扰动和冷却气体导致的测量偏差，提升了测量系统在复杂热场条件下的抗干扰能力；基于局部曲率置信度权重与动态融合权重的协同策略，能够精准识别并保留非圆截面轮廓的关键几何特征，同时利用层析折射率反演与傅里叶级数分析方法，准确分离透明多层结构的各层界面，克服了多重伪边缘带来的提取困难；最终通过时空基准对齐与三维几何模型重建，实现了等效直径、椭圆度、各层厚度、同心度及偏心方向角的多维几何参数的同步在线输出，为光缆拉丝生产提供了全面、可靠的质量控制手段，填补了现有单一模态测量技术在非圆、多层、高温复合场景下的性能空白。