一种透光管图像获取方法、管径测量方法及装置与流程

1.本发明涉及测量技术领域，尤其是涉及一种透光管图像获取方法、管径测量方法及装置。


背景技术：

2.目前对于透明柔性透光管管径、壁厚及其均匀性等的测量，往往是做人工切片，在二次元视频影像下测量其截面的参数。切片截面测量方法是破坏性的，完成检测后，透光管无法继续使用，较难评估透光管管径参数对使用过程中有关性能的直接影响。此外，由于透光管是软的，切割的垂直度、切片的自然形状等都会产生一定的测量误差，且较难克服。且行业内目前还不存在一种无创在线透光管的测量方法及装置。而对于透光硬管，往往通过平行光源进行测量，而平行光光源则受透镜尺寸限制，花费的成本也高，对使用场景有较大限制。
3.中国专利专利公开号cn107192345a公开了一种圆环器件的管径测量系统及测量方法，具体包括图像处理模块、驱动装置、控制模块、测量装置及计算模块，其中的图像处理模块采集圆环器件的图像以获取圆环器件的姿态数据，并将姿态数据转换为驱动装置的坐标数据，控制模块根据所述坐标数据控制所述驱动装置以驱动所述测量装置运动至测量位置，测量装置采集其与圆环器件管壁间的间距数据，计算模块根据所述间距数据计算得到圆环器件的管径值。但是该专利记载的方案在测量过程中，仍会存在破坏性，导致最终的测量精度降低。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种透光管图像获取方法、管径测量方法及装置。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案具体如下：一种透光管图像获取方法，包括以下步骤：步骤1：固定待测透光管；步骤2：采用光源照射待测透光管，所述光源的光至少覆盖待测透光管沿轴向的局部管的管壁区域；步骤3：采集包括至少穿过待测透光管的光源，获取包括待测透光管管壁轮廓的图像。
6.基于上述技术方案，更进一步地，步骤2中的光源采用漫散射光源或平行光源。
7.基于上述技术方案，更进一步地，所述漫散射光源散射面与待测透光管轴向平行。
8.基于上述技术方案，更进一步地，所述漫散射光源散射面宽度不小于待测透光管外径的2倍。
9.基于上述技术方案，更进一步地，所述漫散射光源散射面与待测透光管管壁的最小垂直距离不大于漫散射光源散射面宽度的1/2。
10.基于上述技术方案，更进一步地，所述漫散射光源包括由漫散射灯板提供的漫散射光源。
11.基于上述技术方案，更进一步地，所述漫散射灯板为设有led阵列的漫散射灯板，所述设有led阵列的漫散射灯板上面还覆盖有散射毛玻璃或乳白有机玻璃。
12.基于上述技术方案，更进一步地，所述透光管为柔性透光管，所述柔性透光管的固定方式由调节柔性透光管径向张力来保持平直。
13.一种透光管图像获取装置，包括光源、固定单元、图像采集单元；所述固定单元设置在光源和图像采集单元之间；所述固定单元包括固定架、张力调节模块和张力测量模块，所述张力测量模块和张力调节模块依次设置在固定架一端；所述图像采集单元包括图像采集控制模块、移动平台和相机，所述相机用于采集透光管的图像信息，所述图像采集控制模块用于控制相机在移动平台上移动。
14.基于上述技术方案，更进一步地，待测透光管固定后，能够进行绕轴向的旋转，从而可进行任意角度的测量。
15.一种透光管管径测量方法，包括以下步骤，步骤s1：固定待测透光管；步骤s2：采用光源照射待测透光管，所述光源的光至少覆盖待测透光管沿轴向的局部管的管壁区域；步骤s3：采集包括至少穿过待测透光管的光源，获取包括待测透光管管壁轮廓的图像；步骤s4：识别获取图像的待测透光管管壁轮廓边界位置，并通过图像边缘算法获得待测透光管所需要的测量参数。
16.基于上述技术方案，更进一步地，所述步骤s4中的测量参数包括待测透光管管壁的壁厚、内径、外径和管壁均匀性。
17.基于上述技术方案，更进一步地，所述图像边缘算法包括：s41、将获取的图像沿管长方向分为若干段；s42、取其中一段图像，提取图像中至少包括管径对应的像素点参数；s43、将提取的像素点参数处理获取灰度值叠加曲线；s44、将灰度值叠加曲线求导处理得到灰度值微分曲线，在灰度值微分曲线中标记外壁、内壁位置，计算获得所需要的测量参数。
18.基于上述技术方案，更进一步地，步骤s4还包括将灰度值叠加曲线进行平滑滤波处理，然后再求导处理得到灰度值微分曲线，再在灰度值微分曲线中标记外壁、内壁位置，计算获得所需要的测量参数。
19.一种透光管管径测量装置，包括光源、固定单元、图像采集单元和图像处理单元；所述固定单元设置在光源和图像采集单元之间；所述图像采集单元通过通信方式外接图像处理单元；所述固定单元包括固定架、张力调节模块和张力测量模块，所述张力测量模块和张力调节模块依次设置在固定架一端；所述图像采集单元包括图像采集控制模块、移动平台和相机，所述相机用于采集
透光管的图像信息，所述图像采集控制模块用于控制相机在移动平台上移动。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果具体体现在：1、本发明提供了一种新的透光管图像获取方法和装置，能够获取包括管壁特征的清晰图像，同时相较于现有技术，降低了成本。
21.2、本发明采用漫散射光源，光源尺寸可以做成任何尺寸和形状，扩大了适用场景，并降低了成本。
22.3、本发明提供了一种新的透光管径参数测量方法和装置，实现了对硬质透光管管径和柔性透光管管径参数的测量，同时，相较于现有技术，降低了成本。
23.4、本发明针对柔性透光管的测量，可以通过张力调节使待测柔性透光管保持平直，实现了柔性透光管非破坏性管径参数测量，同时提高了测量精度。
附图说明
24.图1为本发明透光管图像获取方法的流程示意图；图2为本发明实现透光管图像获取方法的装置示意图；图3为本发明透光管径参数测量方法流程示意图；图4为实现透光管径参数测量方法的装置示意图图5为图像边缘算法流程示意图；图6为实施例1获得的透光管图像；图7为实施例1步骤s41记载的过程结构图；图8为实施例1步骤s42记载的过程结构图；图9为实施例1步骤s43记载的过程结构图；图10为实施例1步骤s44记载的过程结构图；图11为实施例1获得的微分曲线图；图12为实施例2获得的透光管图像；图13为实施例3获得的透光管图像；图14为实施例4获得的透光管图像；图15为实施例5获得的透光管图像；图16为实施例6获得的透光管图像；图17为对比例1获得的透光管图像；附图标记：1.移动平台；2.图像采集单元；3.图像采集控制模块；4.工业相机；5.镜头；6.透光柔性胶管；7.固定架；8.漫散射灯板；9.漫散射光源散射面；10.滑台；11.张力调节模块；12.张力测量模块。
具体实施方式
25.为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
26.需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“水平”、“左”、“右”、“前”、“后”、“横向”、“纵向”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并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。
27.如图1所示的一种透光管图像获取方法，包括以下步骤：步骤1：固定待测透光管；步骤2：采用光源照射待测透光管，所述光源的光至少覆盖待测透光管沿轴向的局部管的管壁区域；步骤3：采集包括至少穿过待测透光管的光源，获取包括待测透光管管壁轮廓的图像。
28.具体的，该光源可以采用漫散射光源或平行光源，其中，所述漫散射光源包括由漫散射灯板8提供的漫散射光源，所述漫散射光源散射面9与待测透光管轴向平行。所述漫散射光源散射面9宽度不小于待测透光管外径的2倍。所述漫散射光源散射面9与待测透光管管壁的最小垂直距离不大于漫散射光源散射面9宽度的1/2，所述漫散射灯板8为设有led阵列的漫散射灯板8，所述设有led阵列的漫散射灯板8上面还覆盖有散射毛玻璃或乳白有机玻璃。
29.所述透光管为柔性透光管，所述柔性透光管的固定方式由调节柔性透光管径向张力来保持平直。待测柔性透光管固定后，能够进行绕轴向的旋转，从而可进行任意角度的测量。
30.结合透光管图像获取方法的具体步骤，如图2所示的一种透光管图像获取装置，包括光源、固定单元、图像采集单元2；所述固定单元设置在光源和图像采集单元2之间；所述固定单元包括固定架7、张力调节模块11和张力测量模块12，所述张力测量模块12和张力调节模块11依次设置在固定架7一端；所述图像采集单元2包括图像采集控制模块3、移动平台1和相机，所述相机用于采集透光管的图像信息，所述图像采集控制模块3用于控制相机在移动平台1上移动。待测透光管固定后，能够进行绕轴向的旋转，从而可进行任意角度的测量。
31.基于如图1所示的一种透光管图像获取方法的具体步骤，如图3所示的一种透光管管径测量方法，包括以下步骤，步骤s1：通过固定架7固定待测透光管；且待测透光管处于固定状态；其中，该固定状态可以处于平直、竖直或者倾斜等状态，具体可根据镜头5以及固定架7的位置进行适应性调整；步骤s2：采用光源照射待测透光管，所述光源的光至少覆盖待测透光管沿轴向的局部管的管壁区域；该光源同样可以采用漫散射光源，也可以采用平行光源；步骤s3：在光源的对侧采集包括至少穿过待测透光管的光源，获取包括待测透光管管壁轮廓的图像；其中，通过利用工业相机4进行采集相应的图像；且获取测透光管管壁轮廓的图像是为了便于测量透光管的内径和外径等所需要的参数数据；步骤s4：识别获取图像的待测透光管管壁轮廓边界位置，并通过图像边缘算法获得待测透光管所需要的测量参数，其中，测量参数至少包括待测透光管管壁的壁厚、内径、外径和管壁均匀性。
32.具体的图像边缘算法包括以下步骤：s41、将获取的图像沿管长方向分为若干段；s42、取其中一段图像，提取图像中至少包括管径对应的像素点参数；
s43、将提取的像素点参数处理获取灰度值叠加曲线；s44、将灰度值叠加曲线求导处理得到灰度值微分曲线，在灰度值微分曲线中标记外壁、内壁位置，计算获得所需要的测量参数。
33.步骤s4还包括将灰度值叠加曲线进行平滑滤波处理，然后再求导处理得到灰度值微分曲线，再在灰度值微分曲线中标记外壁、内壁位置，计算获得所需要的测量参数。
34.结合图3所示的一种透光管管径测量方法的具体步骤，如图4所示一种透光管管径测量装置，该装置与图2所示的装置结构不同之处在于图像处理单元的设置，具体的，管径测量装置包括光源、固定单元、图像采集单元2和图像处理单元；所述固定单元设置在光源和图像采集单元2之间；所述图像采集单元2通过通信方式外接图像处理单元；所述固定单元包括固定架7、张力调节模块11和张力测量模块12，所述张力测量模块12和张力调节模块11依次设置在固定架7一端；所述图像采集单元2包括图像采集控制模块3、移动平台1和相机，所述相机用于采集透光管的图像信息，所述图像采集控制模块3用于控制相机在移动平台1上移动。
35.具体的，固定架7用于固定被测透光管，且该固定架7能够进行绕轴向的旋转，从而可进行任意角度的测量；张力调节模块11和张力测量模块12用于协助调节被测透光管的张力，从而使被测透光管保持平直。优选地，张力调节模块11可以选择为螺旋调节，张力测量模块12可以选择力传感器。
36.透光管和张力测量模块12的一端通过固定架7固定在一起，张力测量模块12的另一端固定在一个滑台10上，且滑台10的一端连接用于控制滑台10移动的张力调节模块11；图像采集单元2包括图像采集控制模块3、相机和移动平台1，相机用于采集透光管的图像信息，图像采集控制模块3通过通信方式连接相机，相机和图像采集控制模块3设置在移动平台1上。
37.实施例1结合上述记载的测量技术方案，选择透光柔性胶管6进行测量验证，针对透光柔性胶管6管径进行测量的方法，具体包括以下步骤：步骤s1：通过固定架7将透光柔性胶管6拉直，并维持一定的张力；透光柔性胶管6固定架7可旋转，便于测量透光柔性胶管6不同的侧面；其中的拉伸固定操作仅对柔性管有效；步骤s2：采用漫散射灯板8发射出的光源进行照明，突出透光柔性胶管6管壁的特征，其中，漫散射灯板8为设有led阵列的漫散射灯板8，上面覆盖有漫散射毛玻璃或乳白有机玻璃，且漫散射光源散射面9与透光柔性胶管6轴向平行。所述漫散射光源散射面宽度为20mm，待测透光管外径为6mm，所述漫散射光源散射面与待测透光管管壁的最小垂直距离为2mm；步骤s3：将具有高分辨率的工业相机4安装在一个移动平台1上，该移动平台1可以选择电动线性滑台10，将其与拉直的透光柔性胶管6平行安装，利用工业相机4采集包括至少穿过待测透光柔性胶管6的光源，获取包括待测透光柔性胶管6管壁轮廓的图像。具体的，通过外部控制系统控制工业相机4在移动平台1上进行移动扫描，按预先设定的间隔采集透光柔性胶管6高倍数放大局部图像；例如，间隔可以设置为1mm-50mm；步骤s4：识别确定待测透光柔性胶管6管壁轮廓边界位置，并通过图像边缘算法获
得待测透光管所需要的测量参数。基于采集到的图像，在步骤s2中特定的照明条件下，透光柔性胶管6的管内壁以及外壁将会形成不同的阴影分界。这是因为由于在上述有限宽度漫散射灯板8照明条件下，随着与漫散射光源散射面9垂直距离增加，出射的光线到该漫散射光源散射面9的入射角逐渐变小，从而在管内壁两边交界处形成的全反射区域也增大。随着全反射区域增大，可测量性也降低。经理论分析及大量的实验验证，在漫散射光源宽度有限情况下，待测管和散射光光源的距离很关键，直接影响图像中内管壁边界附近是否形成多余的阴影。
38.而采用漫散射光检测的理论依据是，管路被漫散射光源散射面9发出的各向散射光照亮。以管路截面分析，把有限宽度的漫散射光源面上每点作为一个点光源分析。以管路外径为界，管路所受漫散射照明，各点光源照射到管路的最大角度是漫散射光源散射面9的边界上的点。所以，最大角度与受测管路到漫散射光源散射面9的距离有关。而对管路内壁所产生阴影，就是管内壁圆形界面所产生的全反射。全反射与入射角有直接关系，当受测管路与漫散射光源散射面9的距离增大，漫散射光源散射面9边缘到受测管路角度变小。对内壁侧面的界面而言，入射角变大，故所产生的阴影增大。
39.具体的，采用特定智能算法，比如图像边缘算法，可自动找到胶管图像中的内壁，外壁对应的像素点，即可算出内径，外径，及壁厚等参数；按前面设定的间隔扫描，即可获取到透光柔性胶管6一系列截面的参数；还可旋转透光柔性胶管6，重新扫描，获取不同角度的胶管参数。
40.更具体的，如图5所示，采用图像边缘算法进行处理：步骤s41：如图6所示获取的透光管图像，如图7所示将获取的图像沿管长方向分为若干段；步骤s42：如图8所示，取其中一段图像，提取图像中至少包括管径对应的像素点参数，其中像素点参数至少包括像素点的灰度值；步骤s43：如图9所示，将提取的像素点参数中各列灰度值相加，获取灰度值叠加曲线；其中，该叠加曲线的横坐标表示为像素点序号，如图9中所示的0、200、400、600、800...4200、4400；纵坐标表示为像素点参数各列灰度值叠加；步骤s44：如图10所示，为了提高精度，将像素值叠加曲线平滑滤波处理得到平均灰度值该曲线图的横纵坐标与图9中的曲线的横纵坐标表示的含义相同；如图11所示，将像素值叠加曲线进行平滑滤波处理后再求导处理得到微分曲线，微分曲线纵坐标代表的含义为平均灰度变化率，在微分曲线中标记外壁、内壁位置，计算获得所需要的测量参数。该曲线图的横纵坐标与图9中的曲线的横纵坐标表示的含义相同。
41.本实施例中，对于获取图像的处理，结合图6-图11可知，首先将获得的图像沿管长方向均匀分为10段，然后取其中的一段，提取该段图像中的像素点参数。假设该段图像由m行n列共m
×
n个像素点组成，则提取m
×
n个像素点的灰度值。然后将每一列中的m个像素点的灰度值相加，则得到n组灰度值叠加值，每一组灰度叠加值则反应了该列图像的明暗程度，如图7所示，由于图中明亮的地方灰度值更大，为了更好的体现管壁边缘位置，对n组灰度叠加值先进行反向处理，由于本实施例中灰度值的范围为0~255；因此本实施例中采用的反向处理方式为255
×
n的值分别减去n组灰度叠加值，从而得到n组灰度反向处理叠加值，进而再将n组灰度反向处理叠加值绘制成灰度值叠加曲线图，由于管壁边缘的明暗程度变
化比较大，管壁边缘位置体现在灰度值叠加曲线上则为波峰或波谷位置。
42.为了获得管径边沿更精确的位置，对灰度值叠加曲线图进行平滑滤波处理，再对平滑滤波处理后的灰度值叠加曲线图进行求导处理得到微分曲线图，在微分曲线中，自左向右，第一个波峰为左外壁边缘位置，第一个波谷位置为左内壁边缘位置；自右向左，第一个波峰位置为右外壁边缘位置，第一个波谷位置为右内壁边缘位置。进而可以获取管壁边缘的像素位置，通过计算不同管壁边缘像素点数量，再根据一个像素点实际代表的尺寸，即可计算获得管壁的壁厚、内径、外径和管壁均匀性等参数。
43.其中，该透光柔性胶管6采用该测量装置的测量原理为：通过固定架7将透光柔性胶管6进行拉直，通过在张力调节模块11上设定一定的张力值，待测量的张力达到预设的张力值时，停止对胶管的拉力动作，电机驱动的工业相机4滑台10在扫描软件驱动下开始沿受测透明管轴向移动，同时按设定间隔采集图像，存储并分析，从预设的起点到终点，完成扫描。
44.实施例2如图12所示获取的具有灰度的透光管图像，与实施例1类似，所述漫散射光源散射面宽度为20mm，待测透光管外径为6mm，所述漫散射光源散射面与待测透光管管壁的最小垂直距离为0.5mm。
45.实施例3如图13所示获取的具有灰度的透光管图像，与实施例1类似，但所述漫散射光源散射面宽度为20mm，待测透光管外径为6mm，所述漫散射光源散射面与待测透光管管壁的最小垂直距离为5mm。
46.实施例4如图14所示获取的具有灰度的透光管图像，与实施例1类似，但所述漫散射光源散射面宽度为20mm，待测透光管外径为6mm，所述漫散射光源散射面与待测透光管管壁的最小垂直距离为10mm。
47.实施例5如图15所示获取的具有灰度的透光管图像，所述漫散射光源散射面宽度为12mm，待测透光管外径为6mm，所述漫散射光源散射面与待测透光管管壁的最小垂直距离为2mm。
48.实施例6如图16所示获取的具有灰度的透光管图像，所述漫散射光源散射面宽度为20mm，待测透光管外径为4mm，所述漫散射光源散射面与待测透光管管壁的最小垂直距离为2mm。
49.对比例1如图17所示，与实施例1类似，但步骤s2中的光源为自然光。可知，图17反光严重，明显影响图中管径特征。
50.以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。