[发明专利]一种应用于车用灯泡的在线尺寸测量的方法

摘要

本发明属于图像处理和模式识别领域，涉及一种应用于车用灯泡的在线尺寸测量的方法。该方法可以全面有效的获得车用灯泡的各部位尺寸并且完全满足国家标准GB 15766.1‑2008中所涉及的要求。本发明依据计算机视觉原理，将接触式测量方法中硬件系统的优点和非接触式测量方法中图像处理算法的优点相结合，设计了一套完整、实用、移植性强的硬件系统，利用中值滤波，双边滤波，Canny算法，自适应二值化，椭圆拟合，旋转外包络矩形，曲率限定以及各种适当的阈值限定方法，精确地计算出了车用灯泡的各部位尺寸。本发明所设计的检测方法，完全满足国家标准GB 15766.1‑2008中的要求，并且该方法较传统的测量方法具有测量速度快、精度高的优点，而且可移植性较好，符合工厂实际需求，可以广泛应用于其它零件的测量之中。

主权项

1.一种应用于车用灯泡的在线尺寸测量的方法，其特征是，包括下列步骤：步骤1：使用黑白摄像机采集流水线上的车用灯泡图像，对于系统左边相机捕获的图像，按照步骤2到步骤6处理，对于系统右边相机捕获的图像，按照步骤7处理；步骤2：将左边相机捕获的图像的像素值按大小进行排序，生成单调上升或下降的二维数据序列，二维中值滤波输出值可表示为：g(x，y)＝med{f(x‑k，y‑l)，(k，l∈W)}         (1)其中，f(x，y)为所述的车用灯泡图像中的坐标点，f(x‑k，y‑l)为所述车用灯泡图像中的坐标点在W模板范围中的坐标点，g(x，y)为所述车用灯泡图像经过二维中值滤波后图像中的坐标点，W为二维模板，k为模板W的水平尺寸，l为模板W的垂直尺寸，med是以f(x，y)为中心，模板W所覆盖范围内像素点灰度的中值；步骤3：利用Canny算法对经过步骤2处理后所获得的图像进行轮廓提取，以得到车用灯泡的轮廓；步骤4：采用椭圆拟合来检测灯销，椭圆拟合后检测到的椭圆有n个，C_i和C_j均表示所述的n个椭圆中的任一椭圆，0＜i≤n，0＜j≤n，C_i(C_i.x，C_i.y)和C_j(C_j.x，C_j.y)分别表示椭圆C_i和C_j的椭圆中心坐标，C_i.x和C_i.y分别为椭圆C_i的横坐标和纵坐标的值，C_j.x和C_j.y分别为椭圆C_j的横坐标和纵坐标的值，C_i.d和C_j.d分别为椭圆C_i和C_j的短轴长度值，有如下限定公式：其中，C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇、C₈是长度的限定值，具体根据所选用的车用灯泡型号来确定，针对P21/5W 12V的车用灯泡，C₁＝1.2，C₂＝1.4，C₃＝2.4，C₄＝2.8，C₅＝0.2，C₆＝0.2，C₇＝1.2，C₈＝1.4，单位是厘米，通过公式(2)的长度阈值限定后，便可以限定得出唯一的一个椭圆C_i，即所述的车用灯泡的灯销所拟合出的椭圆；采用旋转外包络矩形的方法来检测灯丝，利用旋转外包络矩形的方法后检测到的矩形有m个，R_i和R_j均表示所述的m个矩形中的任一矩形，0＜i≤m，0＜j≤m，R_i(R_i.x，R_i.y)和R_j(R_j.x，R_j.y)分别表示矩形R_i和R_j的矩形中心坐标，R_i.x和R_i.y分别为矩形R_i的横坐标和纵坐标的值，R_j.x和R_j.y分别为矩形R_j的横坐标和纵坐标的值，R_i.w和R_i.h分别为矩形R_i的宽和高，R_j.w和R_j.h分别为矩形R_j的宽和高，有如下限定公式：其中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉、R₁₀、R₁₁、R₁₂是长度的限定值，具体根据所选用的车用灯泡型号来确定，针对P21/5W 12V的车用灯泡，R₁＝0.5，R₂＝1.1，R₃＝6，R₄＝6.3，R₅＝0.3，R₆＝0.5，R₇＝6.5，R₈＝6.7，单位是厘米，R₉＝5.5，R₁₀＝8，R₁₁＝784，R₁₂＝1024，单位是平方厘米，通过公式(3)的长度阈值限定后，便可以限定得出唯一的一个矩形R_i和矩形R_j，其中，矩形R_i为所述的车用灯泡的主灯丝所拟合出的矩形，矩形R_j为所述的车用灯泡的副灯丝所拟合出的矩形；由主灯丝所拟合出的矩形R_i可以计算得到Lf，Lf为主灯丝轴线的长度，由主灯丝和副灯丝所拟合出的矩形的中心距离可以计算得到Lx，Lx为副灯丝轴线到主灯丝轴线的最短距离，由灯销所拟合出的椭圆的中心和主灯丝所拟合出的矩形的中心距离可以计算得到Le，Le为主灯丝轴线到灯销的最短距离；步骤6：先利用椭圆拟合提取外壳边缘，然后利用提取到的边缘进行曲率估计，利用步骤4拟合后的椭圆设定椭圆的长轴和短轴数值可以有效提取出所述的车用灯泡的外壳轮廓，再利用曲线的曲率估计来针对所述的车用灯泡的外壳轮廓检测其外壳直径和顶点，设简单曲线轮廓L由u个离散数据点B＝{P₀，P₁...P_u‑2，P_u‑1}组成，P_i与P_j为曲线上任意两点，且P_i＝(x_i，y_i)，0≤i≤u‑1，x_i和y_i分别为点P_i的横坐标和纵坐标的值，P_j＝(x_j，y_j)，0≤j≤u‑1，x_j和y_j分别为点P_j的横坐标和纵坐标的值，为了衡量P_i与P_j的弯曲程度及曲率走向，向前后各取d个离散数据点，P_i在曲线上的两个端点为P_i‑d(x_i‑d，y_i‑d)和P_i+d(x_i+d，y_i+d)，其中i‑d≥0，P_j在曲线上的两个端点为P_j‑d(x_j‑d，y_j‑d)和P_j+d(x_j+d，y_j+d)，其中j‑d≥0，取向量A＝P_i‑d‑P_i＝(x_i‑d‑x_i，y_i‑d‑y_i)，向量B＝P_i+d‑P_i＝(x_i+d‑x_i，y_i+d‑y_i)，向量C＝P_j‑d‑P_j＝(x_j‑d‑x_j，y_j‑d‑y_j)，向量D＝P_j+d‑P_j＝(x_j+d‑x_j，y_j+d‑y_j)，α为向量A与向量B的夹角，β为向量C与向量D的夹角，设所述的外壳轮廓对应的拟合椭圆的中心为O(x₀，y₀)，长轴为短轴为轮廓曲线上u个离散数据点B＝{P₀，P₁...P_u‑2，P_u‑1}到长轴的距离为K＝(K₁，K₂...K_u‑2，K_u‑1)，到短轴的距离为H＝(H₁，H₂...H_u‑2，H_u‑1)，则有如下限定公式：其中，I为向量A和B的内积，而I＝|A|·|B|·cosα，当d取值不至于过小的时候，|A|·|B|恒定，I的值取决于cosα，并且内积越小，曲率越大，所以通过固定内积I的大小来寻找所述的外壳直径和外壳顶点，C_i为向量A与B的外积在三维坐标下的表示，C_j为向量C与D的外积在三维坐标下的表示，当C_i和C_j在Z坐标的方向相反时，两者的数值正负也相反，利用这一特性，排除掉所述的外壳轮廓上方向不符合要求的点，K_m1和K_m2分别是所述的外壳直径的左右端点到椭圆长轴的距离，H_m为所述的外壳顶点到椭圆短轴的距离，由椭圆特性和实验结果可知，K_m1、K_m2、H_m固定，通过K_m1、K_m2、H_m的具体值加以设定K_T1、K_T2、K_T3、K_T4、H_T1、H_T2六个限定值，滤除掉所述的外壳直径左右端点和外壳顶点的杂点，通过上述的限定条件，限定得出所述的外壳直径的左右端点，并由此计算出Lc，Lc为灯泡外壳直径，同样利用曲率估计限定得出所述的外壳顶点，再利用步骤4得到的灯销坐标便可以计算出Ld，Ld为外壳顶点到灯销的最短距离；步骤7：利用双边滤波对系统右边相机捕获的图像进行滤波处理，对主灯丝圆孔及副灯丝支架折痕进行有效的保护，利用自适应二值化对滤波后的图像进行边缘提取，与步骤4相同，通过椭圆拟合提取并加以限定来提取到所述的圆孔的轮廓，通过旋转外包络矩形的方法来检测并加以限定来提取到所述的折痕的轮廓，计算所述的折痕轮廓对应的拟合矩形中心到所述的圆孔轮廓对应的椭圆中心之间的距离便可以计算得出Ly，Ly为副灯丝轴线到主灯丝轴线的最短距离；步骤8：通过上述步骤，便可以得出Lx、Le、Lc、Ld、Lf、Ly的长度，至此，图像处理结束。