本發(fā)明涉及測(cè)量控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于機(jī)器視覺(jué)的高溫鋼坯運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的多率檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：
在鋼鐵行業(yè)，目前國(guó)內(nèi)外普遍推崇高集約化的熱連軋一體化自動(dòng)生產(chǎn)模式，連鑄機(jī)出來(lái)的高溫鋼坯，經(jīng)過(guò)在線加熱設(shè)備的補(bǔ)溫與均熱，直接進(jìn)入連軋機(jī)組。高溫鋼坯在傳輸過(guò)程中，如果發(fā)生卡鋼現(xiàn)象，會(huì)引起比較嚴(yán)重的后果(如鋼坯的融化等)，因此有必要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否靜止的檢測(cè)與報(bào)警處理；另外，為了實(shí)現(xiàn)加熱與軋制的精確控制，也有必要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)速度的檢測(cè)與控制。由于運(yùn)動(dòng)鋼坯的溫度比較高，傳統(tǒng)的機(jī)械接觸式測(cè)量方法不能滿足要求，目前普遍采用專人監(jiān)視，進(jìn)行手動(dòng)調(diào)速與應(yīng)急處理，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度高，而且響應(yīng)速度與控制精度不高。在目前的熱連軋自動(dòng)生產(chǎn)中，已有通過(guò)圖像采集來(lái)檢測(cè)鋼坯表面質(zhì)量的技術(shù)，例如公開(kāi)號(hào)為CN103033520A的專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種熱連鑄鋼坯表面質(zhì)量檢測(cè)方法，通過(guò)熱連鑄鋼坯表面質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)圖像采集、圖像數(shù)據(jù)傳輸、圖像數(shù)據(jù)處理、鋼坯表面缺陷報(bào)警四個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)對(duì)熱連鑄鋼坯表面質(zhì)量檢測(cè)。但是，對(duì)于運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的鋼坯，如何利用機(jī)器視覺(jué)自動(dòng)采集圖像并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的檢測(cè)，尚無(wú)有效可行的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決熱連軋一體化自動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明利用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)高溫鋼坯的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。一種基于機(jī)器視覺(jué)的高溫鋼坯運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的多率檢測(cè)方法，包括如下步驟：步驟1，各個(gè)工段通過(guò)標(biāo)定設(shè)置圖像的采樣頻率以及圖像的單位像素對(duì)應(yīng)的物理尺寸；步驟2，各工段按各自的采樣頻率采集并保存圖像；步驟3，對(duì)于每個(gè)工段，根據(jù)前后兩幀圖像之間的相似度匹配來(lái)判斷該工段鋼坯所處的狀態(tài)：處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)入步驟4；否則，運(yùn)動(dòng)速度計(jì)為0，等待直至下一次圖像采集時(shí)再重新進(jìn)行判斷；步驟4，等待直至達(dá)到運(yùn)動(dòng)速度的計(jì)算周期，在達(dá)到計(jì)算周期時(shí)，提取所采集圖像的特征點(diǎn)，利用該工段前后相鄰兩幀圖像的特征點(diǎn)之間的位移以及所設(shè)定的單位像素對(duì)應(yīng)的物理尺寸計(jì)算鋼坯的運(yùn)動(dòng)速度。本發(fā)明中各個(gè)工段的圖像采集是并行進(jìn)行的，各工段的圖像采樣頻率可以相同也可以不同，各個(gè)工段的圖像采集根據(jù)定時(shí)器設(shè)定的頻率定時(shí)采集。而在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的判斷及計(jì)算時(shí)可以根據(jù)需要進(jìn)行并行或串行處理，其中各個(gè)工段的運(yùn)動(dòng)速度計(jì)算也是定時(shí)進(jìn)行的，其頻率與圖像采集的頻率有關(guān)。本發(fā)明的多率檢測(cè)方法，主要體現(xiàn)在：針對(duì)不同工段相機(jī)設(shè)置不同的采樣頻率，保證相鄰兩幀圖像具有較好的匹配度，提高了測(cè)量精度與可靠性；因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)速度的計(jì)算量遠(yuǎn)大于靜止?fàn)顟B(tài)判斷的計(jì)算量，針對(duì)同一工段相機(jī)設(shè)置不同的靜止態(tài)判斷頻率與運(yùn)動(dòng)速度計(jì)算頻率，可降低整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的負(fù)荷。步驟1中，第i個(gè)工段圖像的采樣頻率設(shè)置方法為，設(shè)定初始采樣頻率為最大采樣頻率Fi，按初始采樣頻率采集至少二幀圖像，利用前一幀圖像和當(dāng)前幀圖像的特征點(diǎn)進(jìn)行匹配，根據(jù)如下的采樣頻率公式設(shè)定采樣頻率fi：其中，ceil為向上取整函數(shù)，ni為第i個(gè)工段所采集的當(dāng)前幀圖像相對(duì)于前一幀圖像水平方向移動(dòng)的像素?cái)?shù)，wi為第i個(gè)工段所采集圖像的水平像素寬度，為期望的當(dāng)前幀圖像與前一幀圖像的重疊率。的取值范圍為[0,1]，為了使后續(xù)采集的圖像具有較好的匹配度，優(yōu)選的，重疊率滿足可選的，第i個(gè)工段中，單位像素對(duì)應(yīng)的物理尺寸Mi的設(shè)置滿足如下公式：其中hi為拍攝圖像中鋼坯的垂直像素高度，Hi為鋼坯的實(shí)際垂直物理尺寸。在步驟3中，判斷是否處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方法為，對(duì)前一檢測(cè)周期與當(dāng)前檢測(cè)周期所采集的圖像進(jìn)行二值化，并比較二值化所得的兩幀二值化效果圖上氧化皮區(qū)域的相似度，相似度大于預(yù)設(shè)閾值，則鋼坯處于靜止?fàn)顟B(tài)。這里判斷像素點(diǎn)的匹配原則為，若在一幀圖像上某像素點(diǎn)為氧化皮，另一幀圖像上該像素點(diǎn)仍為氧化皮，則判斷這兩個(gè)像素點(diǎn)是匹配的。由于兩幅圖像上像素點(diǎn)一般不可能完全匹配，因此通過(guò)設(shè)定閾值，相似度大于一定閾值(例如0.8)，則認(rèn)為鋼坯沒(méi)有移動(dòng)。相似度的計(jì)算方法有若干種，可選的，相似度θ的計(jì)算公式為：其中，π為相鄰兩幀圖像上氧化皮區(qū)域相匹配的像素點(diǎn)數(shù)，c1為前一幀圖像的二值化效果圖上氧化皮區(qū)域的總像素點(diǎn)數(shù)，c2為當(dāng)前幀的二值化效果圖上氧化皮區(qū)域的總像素點(diǎn)數(shù)。因?yàn)樗牡匿撆鲌D像的灰度直方圖呈現(xiàn)雙峰形態(tài)，用大津法求得的閾值可以很好的將鋼坯本身和鋼坯上的氧化皮區(qū)分開(kāi)，得到前后兩幀的鋼坯二值化效果圖，因此，優(yōu)選的，對(duì)圖像采用大津法進(jìn)行二值化。在步驟4中，運(yùn)動(dòng)速度的計(jì)算方法如下：步驟4-1，對(duì)于前后兩幀圖像，提取兩幀圖像的特征點(diǎn)；步驟4-2，構(gòu)造特征點(diǎn)描述子，并根據(jù)兩幀圖像特征點(diǎn)描述子的歐氏距離，將一幀圖像中的特征點(diǎn)與另一幀圖像中的特征點(diǎn)進(jìn)行匹配形成特征點(diǎn)對(duì)，選擇歐氏距離較近的若干特征點(diǎn)對(duì)；步驟4-3，根據(jù)所選特征點(diǎn)對(duì)之間的平均位移，計(jì)算鋼坯的運(yùn)動(dòng)速度，對(duì)于第i個(gè)工段，鋼坯運(yùn)動(dòng)速度vi的計(jì)算公式如下：vi＝siMifi其中si為第i個(gè)工段所選特征點(diǎn)的平均位移，Mi為第i個(gè)工段相機(jī)單位像素對(duì)應(yīng)的物理尺寸，fi為第i個(gè)工段的采樣頻率。前后兩幀圖像提取的特征點(diǎn)數(shù)可能不一樣，特征點(diǎn)少的圖像設(shè)為t1，另一幀圖像為t2，對(duì)t1圖像上每個(gè)特征點(diǎn)，計(jì)算它的描述子與t2圖像上所有特征點(diǎn)的描述子的歐氏距離，并保存距離最短的兩個(gè)...