[發明專利]閉環的圖像比較方法

無效

• 申請號: 201010571366.6
• 申請日: 2010-12-03
• 公開（公告）號: CN102013018A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 黃曉峰
• 申請（專利權）人: 黃曉峰
• 主分類號: G06K9/64
• 分類號: G06K9/64;G06T7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種圖象處理技術，尤其涉及一種閉環的圖像比較方法。

背景技術

在工業生產中，圖像比較系統能實時檢測設備或者產品(下面統稱為對象)的外觀是否存在異常，提高自動化程度。圖像比較系統首先拍攝并存儲已知無異常對象(稱為基準對像)的圖像(下面稱為基準圖像)，然后拍攝待確認對象(下面稱為比較對象)得到比較圖像，再用比較圖像與基準圖像進行比較，如果比較圖像與基準圖像差異小(下文稱命中)，則比較對象與基準對象為同類，也就是說比較對象無異常，否則比較對象與基準對象為異類，也就是說比較對象異常。其中圖像比較的依據的差異性度量通常是圖像樣本的距離或夾角。當樣本距離或夾角小于指定閾值，則圖像比較系統判定比較對象和基準對象為同類，否則判定為異類。對象位姿變化不大時，上述圖像差異性度量即可為圖像比較提供可靠的依據。

當對象位姿發生較大變化時，上述系統中所用圖像距離比較方法面臨復雜的圖像形變問題。這種形變來自于透視變換和鏡頭畸變等諸多因素。處理好上述形變問題通常需要準確獲得對象位姿與形變模型，而這二者皆難獲取。在應對圖像形變問題時，傳統的圖像比較系統(中國專利公開CN?1565000A、CN?1871622B和CN?101777129A，日本專利公開JP2000-322577、JP2002-024830和JP2003-058896)通常需要使用比較圖像產生裝置或基準圖像產生裝置。中國專利公開CN?1565000A所述的基準圖像選擇裝置82還要求先獲取對象的三維信息(包含對象位姿信息)。比較圖像產生裝置和基準圖像產生裝置需要獲取準確的檢測對象的位姿和形變模型。位姿的獲取通常需要精密測量設備，這將帶來成本的增加；形變模型包含復雜的透視模型和鏡頭畸變模型，難以獲取。比較圖像產生和基準圖像產生本身需要較大的時間開銷，且容易帶來數值運算誤差。

在現實世界中，以下假設通常成立：

1，對于比較對象是否與基準對象為同類的問題，人工判定結果總是正確的，

2，位姿的隨機誤差在誤差區間內不服從均勻分布，

3，除非有突發事件，位姿的系統誤差變化緩慢。

假設1就是說圖像比較系統判定的正確性總是可以由人工判定結果來檢驗，這要求實施人工判定的操作人員具備足夠的背景知識。假設2就是說在誤差區間內，有的誤差出現的概率高，有的誤差出現的概率低，圖2是一個位姿誤差概率密度分布示意圖，圖中陰影區間對應的誤差出現的概率較高。例如工業設備現場中，被檢測對像通常受機電設備的控制，其位姿誤差往往直接或者間接來自于齒輪或絲桿等傳動裝置的誤差，也可能來自伺服馬達或者液壓缸驅動馬達的誤差。文獻(齒輪系統傳動誤差的蒙特卡洛模擬分析，儀器儀表學報.200425(4)陳文華等)指出齒輪系統中各項誤差具有不同概率分布規律的特點。步進馬達失步帶來誤差通常靠近與失步步數有關的離散值。由此推斷，下一次出現的誤差更大可能靠近過去較多出現的誤差。如圖2所示，下一次出現的誤差更大可能落在陰影部分所在誤差區間。由假設3進一步推論，除非有突發事件，位姿誤差序列具有強的自相關性，下一次的位姿誤差更大概率地靠近新近出現的位姿誤差。

基于以上假設，將過去的位姿誤差進行統計，可以預測基準圖像在下一次比較中命中的概率。本文并非斷言上述兩條假設在所有的應用場合成立。但是認為其在部分場合下是成立的，本文敘述的發明適用于上述假設成立的場合。

發明內容

本發明的目的就是提供一種閉環的圖像比較方法，用以在對象位姿存在較大變化的情況下，不獲取準確的檢測對象的位姿和形變模型等數據即可實現快速精確的圖像比較。

在處理大位姿誤差情況下的圖像比較問題時，傳統的圖像比較系統和方法通常需要使用比較圖像產生裝置、基準圖像產生裝置和(或)基于對像三維信息的基準圖像選擇裝置，這些裝置通常需要獲取對象位姿和形變模型。傳統的圖像比較方法存在以下缺陷：

1，需要獲取精確的對象位姿數據，

2，需要建立描述圖像形變與位姿誤差映射關系的數學模型，即形變模型，

3，圖像比較的結果容易受對象位姿數據和形變模型的誤差影響，

4，比較圖像或基準圖像產生過程的時間開銷大，且容易帶來數值誤差。

本發明所提出的一種閉環的圖像比較方法通過一種閉環的圖像比較系統實施，該系統包括：

圖像采集裝置，用于采集需要進行比較的圖像；

基準圖像存儲裝置，用于存儲至少一個基準圖像；