[發明專利]一種鐵路油罐車罐口視覺定位方法

有效

• 申請號: 201310466844.0
• 申請日: 2013-10-09
• 公開（公告）號: CN103559704B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 項學智;開湘龍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13;G06T3/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種機器視覺定位領域,特別是涉及一種鐵路油罐車罐口視覺定位方法。

背景技術

我國煉油企業目前普遍采用大鶴管進行鐵路油罐車油料裝車，傳統的大鶴管對準采用人工方式進行。這種方式工人操作時高度緊張，易疲勞，對位精度低。如發生操作失誤，輕則將大鶴管拉彎或撞斷，產生漏油，重則發生火災爆炸事故，后果嚴重。環保方面，國家提出了節能減排的要求，而輕質油在裝車時極易揮發，揮發的油氣不但造成了能源浪費，而且極大地污染了環境，還是重大的安全隱患。為防止油氣揮發，大鶴管上已逐步加裝油氣回收罩，大鶴管下管時，回收罩將罐口完全罩住，將揮發的油氣回收，這要求大鶴管控制系統能夠完成高精度的罐口定位，以往的人工操作方式已不適應當前的工況條件，因此需要開發高精度的自動化罐口定位方法。考慮輸油現場的防爆要求，采用主動測量方式會造成安全隱患，因此基于機器視覺技術的非接觸測量是一種理想的罐口定位方式。鐵路油罐車罐口是標準的圓形，不同車型在罐口直徑及罐體尺寸上有所差別，且輸油作業在半露天環境下晝夜進行，這要求方法能夠在大范圍光照變化條件下對罐口進行準確識別并精確定位，同時要克服油污、車型等不確定因素造成的影響。

針對圓形罐口的視覺檢測，Hough變換計算量大，耗時長，在復雜背景下檢測效果差，不利于工業應用。而現有模板匹配方法需要頻繁更換罐口模板以保證適應性，為推廣應用帶來了困難。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于罐口形狀匹配的鐵路油罐車罐口視覺定位方法，以解決現有技術中定位方法存在適應性差的問題。

一種鐵路油罐車罐口視覺定位方法，包括以下步驟：

S1.選擇大鶴管正對罐口時攝像機拍攝的罐口圖像提取形狀模板，由圖像中提取罐口的單像素邊緣并擬合橢圓，從而得到橢圓的長短軸，由橢圓公式計算理想情況下罐口邊緣的坐標及梯度；

S2.將模板與待搜索圖像均進行圖像金字塔分解；

S3.計算待搜索圖像各金字塔層中的梯度信息；

S4.設定罐口匹配的感興趣區域及形狀匹配閾值，在金字塔分解的最低圖像分辨率層，使用歸一化梯度互相關作為罐口形狀相似性度量函數，在待搜索圖像感興趣區域內將形狀模板逐點移動并計算相似性度量值，如超過設定的匹配閾值，則該位置作為罐口出現的候選點，選擇所有可能位置處相似性度量值最大的位置作為最終罐口位置，如所有位置相似性度量值均未超過設定閾值，則表示未找到罐口；

S5.如在S4中未找到罐口，則切換至下一尺寸罐口模板，返回S4繼續查找，直至遍歷所有車型，如在S4中找到罐口，則轉入S6；

S6.將S4中得到的金字塔最低分辨率層罐口定位結果向上一高分辨率層映射，并將映射后結果作為匹配初值進行求精，該過程循環進行直至金字塔最高分辨率層；

S7.如攝像機經過標定，則利用變換矩陣可將S6中得到的罐口中心像素坐標轉化為世界坐標，如攝像機未經標定，則直接輸出罐口中心像素坐標作為定位結果。

上述步驟中，步驟S1進一步包括：

S1.1在大鶴管正對罐口時，利用Canny邊緣檢測算子提取罐口的單像素邊緣；

S1.2選擇罐口邊緣無干擾位置作為起始點，使用邊緣跟蹤算法搜索罐口邊緣點；

S1.3使用最小二乘法對S1.2搜索到的邊緣點進行橢圓擬合，得到橢圓的長短軸；

S1.4根據不同車型罐口大小按比例對S1.3中擬合的橢圓進行縮放，使用罐口邊緣位置及梯度向量構成形狀模板，使用罐口邊緣形心作為模板參考點。

本發明在模板提取過程中利用最小二乘法擬合罐口，即使部分邊緣丟失，也可得到正確擬合結果，相對于手工設定模板，能夠完全避免干擾邊緣對形狀相似性匹配度量值造成的影響；同時使用感興趣區域及圖像金字塔加快了罐口定位速度；為克服光照變化、干擾邊緣及遮擋帶來的影響，使用歸一化梯度互相關相似性度量函數計算形狀模板與待搜索圖像邊緣之間的相似性，過程中僅需計算模板與待搜索圖像的梯度，不需要進行閾值化，避免了因閾值設定不準確造成的邊緣缺失；本發明在應用中無須頻繁更換形狀模板即可兼容不同車型罐口，具有可靠性強，實施成本低，自動化率高等特點。

附圖說明

圖1是本發明的攝像機安裝位置實例圖；

圖2是本發明的算法流程圖；

圖3是本發明的罐口模板提取流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖與實例對本發明進行更詳細地描述。