[发明专利]轴对称图形的偏转角度识别的单目机器视觉方法

摘要

本发明涉及一种轴对称图形的偏转角度进行识别的单目机器视觉方法。本发明视觉系统的拍照角度是工件的俯视图。本发明对轴对称工件的偏转角度进行了定义，并根据该定义开发对应方法，使得机器视觉系统通过利用基于OpenCV的库函数来识别并计算轴对称工件的偏转角度。该方法抗干扰性强，对硬件设备要求较低，同时识别精度高。将本视觉系统应用于具有识别轴对称工件的偏转角度任务的流水线上会显著提高流水线的工作效率，实现机器代替人工测量从而实现生产自动化。

主权项

1.轴对称工件的偏转角度识别的单目机器视觉方法，其特征在于具体步骤如下：(1)机器视觉硬件系统的搭建所述机器视觉硬件系统由相机、光源系统和图像处理设备组成，光源系统包含光照部分和遮光部分；遮光部分称为黑箱，能够减少外界环境对拍照环境的影响；光照部分则为拍照环境单独提供光源，保证工件的亮度；光源系统为相机获取图像创造指定的拍摄环境，通过相机对目标工件进行拍照，获取工件原始图像，将所得工作原始图像信息输入到图像处理设备中，进行原始图像的处理与分析，从而得到所需要的结果；机器视觉硬件系统对于轴对称工件的拍照角度采用能完全展示工件外形轮廓的俯视图；另外，工件的主体颜色应当与背景颜色有较为明显的区分；(2)工件图像的几何中心(xc，yc)的确定(2.1)对于几何图形规则的工件：先将工件图像灰度化后再进行直方图分析，找出区分工件与背景的阈值，利用阈值将图像进行二值化，从而将工件与背景区分开，得到原图像的二值图Ibinary，并利用二值图求取工件的重心；(2.1)对于几何图形不规则的工件：当工件具有一定的几何特征时，所述几何特征为工件本身几何中心与工件某一部分圆的圆心重合，或者几何中心与某对角线交点重合，则可以提取所述几何特征的标准图形，从而更为准确地得到几何中心；(3)工件外轮廓的提取(3.1)当图像质量较好，图像中不存在人眼可见的椒盐噪声，工件边缘轮廓线清晰不模糊时，可以直接采取边缘提取方法，如canny方法等，得到工件的外轮廓图像；(3.2)当图像质量较差，噪声干扰较大时，可以使用原图像的二值图Ibinary先进行腐蚀操作得到Ierode，再用原图像减去腐蚀后的图像的操作，得到工件的外轮廓图像，即Ioutline＝Ibinary‑Ierode；(4)截取圆环的设定以工件的几何中心(xc，yc)为原点，设定半径和宽度适当的截取圆环，该圆环与工件外轮廓相交于多点，具体为(x1，y1)，(x2，y2)，...，(xn，yn)；截取圆环的半径选择需要根据不同工件进行对应的调整，选择原则是应当使得截取圆环所截到的点明显分布在工件沿标准对称轴方向的两侧，且两侧的点有明显的可区分距离；(5)截取点的筛选和分组由于使用的是截取圆环而并非截取圆，故圆环与工件轮廓的一条线段相交可能不止一个点；对于同一条线段截取到的多个点，只需要选取其中一个，而舍弃其他多余点即可；此后，需要对工件沿标准对称轴方向两侧的截取点进行分组，同一侧的归于一组；假设分组完成后，两组点分别为(x11，y11)，(x12，y12)，...，(x1m，y1m)和(x21，y21)，(x22，y22)，...，(x2k，y2k)；(6)两侧截取点的中点计算及偏转角度的计算根据步骤(5)的分组，由于工件是轴对称的，故将同一侧的所有点的横纵坐标相加求均值后，即可得到同侧所有点的中点，该中点位于标准对称轴上；两侧的截取点通过计算后得到两个位于标准对称轴上的中点(xz1，yz1)和(xz2，yz2)，即可通过两点法求出标准对称轴，进而通过计算得到工件的偏转角度θ；偏转角度