一种基于智能传感器的物料外观检测方法与流程

本发明涉及物料外观检测，具体为一种基于智能传感器的物料外观检测方法。

背景技术：

1、在基于传送装置的物料外观检测中，通常由图像采集装置对运动物料进行连续拍摄，并由传感器阵列同步获取物料表面的反光强度序列。现有采样方式多采用固定帧率采集或外部触发采集。固定帧率采集时，图像采集装置的采样间隔不随传送装置的运行速度变化，当传送速度升高或物料姿态变化加剧时，相邻帧之间物料轮廓的位移量和角度偏转量过大，外观图像中的物料区域容易产生拖影或帧间跳变；当传送速度降低时，固定帧率又会产生大量冗余图像数据。外部触发采集能够根据传送装置的编码器信号确定拍摄时刻，但无法对图像序列中物料姿态变化与传感器反光强度变化之间的时序关系进行量化评价，难以判断当前采样频率是否与物料的实际姿态变化和表面反光变化相匹配。当物料表面反光强度波动与图像中物料姿态变化在同一时间索引下不一致时，现有方法仍按照原采样频率继续采集，采样失配状态无法在检测过程中被发现。针对上述问题，需要在传送速度变化和物料反光特性差异条件下量化采样适配度，并在采样适配度不足时对后续采样频率进行自动校正。

技术实现思路

1、针对现有物料外观检测中采样频率与物料姿态变化和反光变化不匹配的问题，本发明提供一种基于智能传感器的物料外观检测方法，目的在于根据传送装置当前运行速度配置初始采样频率，利用物料姿态变化指标与反光强度序列的时序同步性判定当前采样适配度，并在采样适配度低于预设适配阈值时自动调整采样频率，获得与物料动态变化同步的校正外观图像。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供一种基于智能传感器的物料外观检测方法，包括：响应于检测指令，获取承载待检测物料的传送装置的当前运行速度，并根据当前运行速度配置第一图像采集装置的第一采样频率；以第一采样频率驱动第一图像采集装置对待检测物料进行连续拍摄，获得第一检测周期内的多帧外观图像，并同步读取第一传感器阵列输出的物料表面反光强度序列；根据多帧外观图像中相邻帧之间的像素值变化量，计算获得物料姿态变化指标，并根据物料姿态变化指标与反光强度序列之间的时序同步性，判定当前检测周期的采样适配度；当采样适配度低于预设适配阈值时，调整第一采样频率为第二采样频率，并以第二采样频率驱动第一图像采集装置对后续到达的待检测物料进行拍摄，获得第二检测周期的多帧校正外观图像。

3、作为本发明的一个技术方案，在根据当前运行速度配置第一图像采集装置的第一采样频率时，读取传送装置的编码器输出的脉冲信号，根据单位时间内接收的脉冲数量计算获得当前运行速度；获取第一图像采集装置的最大帧率约束值和最小帧率约束值，根据当前运行速度与预设速度档位的对应关系，在最大帧率约束值和最小帧率约束值之间线性插值，获得第一采样频率。预设速度档位包括低速档位、中速档位和高速档位，各速度档位分别对应不同的插值权重，线性插值根据当前运行速度落入的速度档位区间计算第一采样频率。通过速度档位与帧率约束值之间的插值配置，使第一采样频率能够跟随传送装置的运行速度变化进行连续调节，减少速度波动对图像采样质量的影响。

4、作为本发明的一个技术方案，在计算物料姿态变化指标时，依据相邻两帧外观图像之间的像素值变化，提取第一帧外观图像中物料区域的第一边缘轮廓，并提取第二帧外观图像中物料区域的第二边缘轮廓，第二帧为第一帧的相邻后一帧；将第一边缘轮廓划分为多个轮廓分段，计算每个轮廓分段在第一边缘轮廓与第二边缘轮廓之间的位置偏移量和角度偏转量；累加所有轮廓分段的位置偏移量的平方值与角度偏转量对应弧长的平方值，并对累加结果开平方，获得物料姿态变化指标。第一边缘轮廓按照轮廓曲率变化率均等划分原则分割为预设数量的轮廓分段，且每个轮廓分段包含的像素点数量相同。计算每个轮廓分段的位置偏移量和角度偏转量时，对每个轮廓分段提取分段中心点坐标和分段方向向量；计算分段中心点坐标在第一边缘轮廓中的第一位置与在第二边缘轮廓中的第二位置的欧氏距离，作为位置偏移量；计算分段方向向量在第一边缘轮廓中的第一方向角与在第二边缘轮廓中的第二方向角的差值绝对值，作为角度偏转量。分段方向向量通过对轮廓分段内的边缘像素点进行主成分分析获取第一主成分方向来确定。该方式以局部轮廓的运动几何量为基础衡量物料姿态变化，能够更全面地反映物料的微小姿态波动。

5、作为本发明的一个技术方案，在判定当前检测周期的采样适配度时，将反光强度序列按照拍摄时刻映射到多帧外观图像的各帧上，获得与每帧外观图像对应的反光强度值；计算相邻两帧外观图像对应的反光强度值的差值绝对值，获得反光强度波动序列，并计算物料姿态变化指标在相邻两帧之间的增量序列；计算反光强度波动序列与增量序列在同一时间索引下的符号一致性比率，将符号一致性比率作为采样适配度。计算符号一致性比率时，遍历反光强度波动序列中的每个波动值，获取同一时间索引下增量序列中的对应增量值；判断波动值与对应增量值是否同为正、同为负或同为零，若是则计数为一致，否则计数为不一致；将一致计数除以反光强度波动序列的数据总数，获得符号一致性比率。利用反光强度波动与姿态变化增量之间的时序同步性评价采样适配度，能够量化当前采样频率是否与物料运动状态相匹配，为采样频率的闭环校正提供依据。

6、作为本发明的一个技术方案，当采样适配度低于预设适配阈值时，获取采样适配度与预设适配阈值的差值绝对值，根据差值绝对值的大小查询预设调整步长映射表，获得频率调整步长；判断采样适配度与预设适配阈值的大小关系，若采样适配度小于预设适配阈值则增大第一采样频率，若采样适配度大于预设适配阈值则减小第一采样频率；将第一采样频率与频率调整步长的和值或差值作为第二采样频率。通过依据适配度偏差大小选择相应的调整步长，能够快速将采样频率调整至适配区间，避免频繁调整带来的系统负担，同时保证后续检测周期获得更稳定的校正外观图像。

7、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

8、通过相邻帧外观图像之间的像素值变化量计算物料姿态变化指标，并与同步读取的第一传感器阵列输出的物料表面反光强度序列按照拍摄时刻进行时序对齐。将反光强度波动序列与物料姿态变化增量序列在同一时间索引下进行符号一致性比较，得到当前检测周期的采样适配度。反光强度波动序列由相邻两帧外观图像对应的反光强度值的差值绝对值构成，增量序列由物料姿态变化指标在相邻两帧之间的变化量构成。该方式将图像空间中的物料姿态运动信息与传感器阵列获取的表面反光变化信息进行联合时序分析，而不是仅依赖图像清晰度或单独的传感器信号判断采样状态，能够在传送速度波动、物料翻转或表面反光差异较大时反映采样节奏与物料动态变化之间的匹配程度。当采样适配度下降时，当前检测周期内的采样参数失配被及时量化，减少因采样频率与物料姿态变化不同步造成的外观缺陷漏检和误判。当采样适配度低于预设适配阈值时，根据采样适配度与预设适配阈值的差值确定频率调整步长，将第一采样频率调整为第二采样频率，并以第二采样频率驱动第一图像采集装置对后续到达的待检测物料进行拍摄，获得第二检测周期的多帧校正外观图像。该闭环调整方式区别于依据传送速度开环设定固定采样频率的方式，能够利用当前检测周期内的实际姿态变化和反光变化信息对采样频率进行修正。采样频率调整后，后续图像的采集间隔与物料姿态变化速度及反光强度波动重新匹配，使相邻帧之间的物料边缘位移和角度偏转保持在适合外观检测的范围内，同时减少因采样频率过高产生的冗余图像和因采样频率过低造成的运动模糊。