[发明专利]一种基于计算机视觉的玻璃二面角检测方法

摘要

本发明公开了一种基于计算机视觉的玻璃二面角检测方法。该方法以内部参数已知的相机拍摄的彩色图像作为输入数据，经过颜色识别、图像预处理、轮廓拟合、提取直线、求算角度的步骤，完成相机视场内两块邻接玻璃夹角的计算任务。本发明仅仅利用了视觉传感器完成了玻璃夹角的计算，与传统的机械式或专用的光电式传感器相比大大地节约了成本，且计算精度较高，完全满足幕墙攀附清洗机器人的越障要求。采用本发明，仅需在出厂前对相机进行标定，计算出其内部参数并保存，检测时只须预先在玻璃上粘贴色条，其它过程无需人工介入。

主权项

一种基于计算机视觉的玻璃二面角检测方法，其特征在于，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对相机进行标定，获取相机的内部参数矩阵K及畸变系数K1、K2、K3、P1和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；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；(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；(4)对上一步已识别出彩条的二值图像进行中值滤波及高斯滤波的图像预处理操作，以减弱由图像传输、编解码和传感器结构造成的噪声；(5)对降噪后的图像进行开操作、闭操作和膨胀的形态学处理，以达到减小无关物干扰和增强拟合精度的目的；(6)在步骤(5)经过形态学处理的二值图中提取所有彩条的完整轮廓；(7)用最小包围矩形去拟合所得轮廓，并通过自编算法去掉非彩条轮廓对应的矩形；(8)求算2N个筛选出的所有最小包围矩形的、与最小包围矩形长边平行的对称轴的直线方程，并按照所在的玻璃平面分成两类，各自求解出(N*(N‑1))/2个灭点坐标；所述对称轴是指各彩条对应的矩形自身的对称轴，就是过彩条矩形两短边中点的那条直线；所述灭点为现实中的平行线成像在相机中时的交点；(9)采取最小二乘法，利用上一步得到的两类一共N*(N‑1)个灭点坐标，在两个玻璃面板上分别拟合出一个灭点坐标，以得到一个更精确的灭点坐标值；(10)利用标定而得的相机内参矩阵K及步骤(9)求出的各个玻璃平面上的灭点坐标，计算玻璃夹角的余弦值，通用计算公式如下：ρ2uv1TK-TK-1uv1=1---(1.1)]]>cosθ=|ρ1||ρ2|u1v11TK-TK-1u2v21---(1.2)]]>其中K为标定而得的相机内参矩阵，ρ为玻璃平面的比例因子，u和v分别是此玻璃平面对应的那个较精确灭点坐标的横纵坐标值，根据式(1.1)可求出两玻璃平面各自对应的比例因子ρ1和ρ2，再根据式(1.2)，结合两平面各自对应的灭点坐标u1、v1和u2、v2求出夹角余弦值；(11)利用反余弦函数求得玻璃二面角θ。