[发明专利]一种基于计算机视觉的玻璃二面角检测方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机视觉、机器人领域，更具体地涉及一种基于计算机视觉的玻璃二面角检测方法。

背景技术

角度测量是一项基本且重要的测量项目,在机械臂姿态确定、机床刀片方位确定、刃具角度测量、人体外鼻角度测量、坡度测量等方面都有重要的应用。目前常用的测量角度的方法有机械测量方法、电磁测量方法、光学测量方法以及光电测量方法(如激光干涉方法)等。但机械测量方法不能进行非接触测量,测量速度较慢,不能实时动态测量；电磁测量方法利用电磁感应的原理测量角度,虽然在测量精度、速度上较机械测量方法有较大改进,但仍不能用于非接触测量；光学测量方法需要人工干预才能完成测量,一般需要设计精密的光路,导致其在很多领域都不能使用；激光干涉方法是近年来在角度测量中广泛应用的一种方法,采用迈克尔逊干涉仪的原理,将角度变化转换为光程差的变化进行测量,但这类设备一般只能进行小角度测量。

近年来,由于计算机和CCD相机性能的提高,计算机视觉开始成为一种重要的测量方法,在距离测量、空间运动分析等领域得到广泛应用。计算机视觉测量一般需要先对相机参数进行标定,典型的线性相机成像模型具有3个参数矩阵,分别是内部参数矩阵K,旋转矩阵R和平移矩阵T,一般有12个变量。如用一台已知所有内外部参数的相机,在至少2个位置对空间点进行拍照,由该点在2张图上的图像坐标,即可得到其空间位置,进而根据被测物上各点的空间坐标,可以得到包括角度信息在内的多项几何参数。但相机的全参数标定方法较复杂,且用此方法进行角度测量,并未充分利用相机成像的性质，并且一次测量里需要对目标拍摄多张图片才能测出二面角。

发明内容

本发明提出一种基于计算机视觉的玻璃二面角检测方法，解决的是玻璃幕墙清洗机器人越障时，翻越的玻璃所夹二面角的测量问题，达到了精确、简单、快速、动态地测量玻璃二面角的目的。

本发明提出的一种基于计算机视觉的玻璃二面角检测方法，包括以下步骤：

(1)相机准备、玻璃处理及图像采集；

使用固定焦距的相机和一块相机参数标定板，可以是黑白棋盘格标定板，对相机进行标定，可采用“张正友标定法”，获取相机的内部参数矩阵K及畸变系数K1、K2、K3、P1、P2；

在夹角部位粘贴颜色相同且与玻璃颜色不同的矩形窄条，窄条的长边垂直于两玻璃平面形成的交线；此外，在两个玻璃平面靠相机一侧上各贴N张互不重叠彩条；所述N大于2且应满足彩条之间留有间隔，由于玻璃大小有限，所以相当于限制了N的上限；色彩只需要与玻璃颜色不同即可，但是差别越大越精确；粘贴方法：彩条是矩形的，长边垂直于两玻璃平面的交线即可；

标定后，从任意方向对需要进行测量的夹角部位拍摄一张彩色图像，要求拍摄的图像完整包含所有彩条；

使用步骤(1)获得的内部参数矩阵及畸变系数对所摄图像进行校正；

(2)将所摄图像应用计算机视觉库从R(红)G(绿)B(蓝)颜色空间变换至H(色相)S(饱和度)V(色调)颜色空间，并进行直方图均衡化，以便于后续处理；均衡化对图像中像素个数多的灰度级进行展宽，而对图像中像素个数少的灰度进行压缩，从而扩展像原取值的动态范围，提高了对比度和灰度色调的变化，使图像更加清晰，也有利于后面识别；H、S、V的值分别都是R、G、B三个值的函数；有相当多的方法和手段可以实现，采用计算机视觉库是一种常用方法，也可以自己纯靠编程代码实现；

所述计算机视觉库是可以从因特网上下载使用的计算机视觉库，有很多种，如opencv，halcon等等，均满足本发明使用要求；色彩空间变换简单来说就是换参数来描述颜色，变换手段的话一般的视觉库里都有现成的函数，调用即可。

(3)将上一步所得图像进行H、S、V三通道分离，并根据与彩条颜色对应的H通道的阈值将图像二值化，所述阈值用于从H通道划定H值对应的区间，该区间以内设为白色，以外则设为黑色，或者反过来设置颜色，以便于识别出彩条；这里把H值看成一个连续数集，随着H值的变化，对应的颜色也在变化，所以要想识别颜色，就是从中一段一段地取区间出来，一般红色需要取头尾两段相并，但是其他颜色一般都只有一段，在这段中间设置成白色，之外设置成黑色，或者反过来设置颜色，比如绿色38-75，所以不会出现三个阈值的情况。换种说法，这些阈值相当于是为了取出特定颜色而通过实验得来的一些区间端点值；不同颜色有各自对应的H通道的代表范围，可以在书上或者网上查阅到，正是利用这点识别颜色；如果是极特别的颜色，可以在视觉库里通过编程和实验找到最适合的阈值；