[發明專利]基于機器視覺的氣浮式乒乓球直徑和偏心檢測裝置和方法

有效

• 申請號: 201310618796.2
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103615983A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 裘祖榮;劉佳琛;呂大力;許紹發
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/08
• 分類號: G01B11/08;G01B11/27
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

技術領域

本發明涉及一種乒乓球直徑和偏心的檢測方法和系統，用于乒乓球的在線檢測和質量篩選，具體講，涉及基于機器視覺的氣浮式乒乓球直徑和偏心檢測裝置和方法。

背景技術

乒乓球作為中國國球，在各類比賽中都有廣泛的影響。隨著乒乓球運動的不斷發展，競技技術的不斷提高，對乒乓球的質量要求也越來越高。但是，目前還沒有適合乒乓球在線檢測的綜合手段和方法，所以作為頂級賽事的高級別乒乓球都是從大量的產品中優選產生的，合格率非常低，并且需要大量的人力。

根據國標GB/T20045-2005中40mm乒乓球的規定，對于乒乓球直徑的測量采用圓度儀，圓度儀的主要部分為一個百分表，百分表下端裝置一個直徑為10mm的平面卡軸，卡軸距平面底座約38mm，并裝有右調節器和中心調節器，用來固定被測定球的位置。圓度儀采用相對測量的方法，先用標準鋼球（直徑39.80mm～40.00mm）校正百分表和試驗球的位置，然后右手將百分表上端的把柄向上提起，左手將球放置在底座中心，緊貼中心調節器及右調節器。試驗時球的接縫線應水平，即與百分表卡軸成90°角，放松右手，待百分表卡軸垂直的落在球面的最高一點上為A，記下百分表指針讀數直徑D1（精確到0.01mm），再提起百分表上端把柄，把球平穩旋轉90°，用同樣方法量出其最高一點為B，記下百分表指針讀書直徑D2。

根據以上40mm乒乓球國標中的對直徑測量方法的描述，不難發現該測量方法存在以下缺陷：單次測量只能夠得到一個點的數據，總測量點數也是有限的；尋找最高點時采用目測的方法，會引入額外的誤差；由于乒乓球的球殼是一層很薄的彈性材料，百分表前段壓到乒乓球上時，不可避免的會產生形變，造成誤差。

根據國標中40mm乒乓球的規定，對于乒乓球偏心的檢測使用偏心儀。偏心儀的主要部分是一塊長1.2m，寬1m的扇形平面的玻璃，標有明顯刻度線表示偏離中心線距離，玻璃板保持水平，在玻璃板的頂端安裝一塊斜形槽板，槽板的斜度與水平成15°角，球在玻璃上滾動，引距為1m（球在接觸玻璃板到中心出口處距離為1m）。測量時，將乒乓球以兩頂端為轉軸，放在斜形槽板頂端緊貼基準面，自由滾下，球在出口處所測得的偏離中心線距離為該球的偏心。很顯然，這種測試方法具有隨機性，因此需要進行大量的重復實驗才能夠獲得較為準確的乒乓球偏心情況，不僅耗費大量的時間和人力，而且不方便用于在線測量。

使用基于機器視覺的檢測方法，能夠實現非接觸式測量，且能夠獲得乒乓球表面大量點的信息。其中的關鍵問題在于如何標定相機，以及如何處理圖像信息以獲得滿足精度要求的直徑、圓心坐標和乒乓球偏心情況。

發明內容

本發明旨在解決克服現有技術的不足，提供一種乒乓球直徑和偏心的檢測方法和系統，用于乒乓球的在線檢測和質量評估。為此，本發明采用的技術方案是，基于機器視覺的氣浮式乒乓球直徑和偏心檢測裝置包括：相機、氣浮平臺、計算機；

氣浮平臺，用于使乒乓球在懸浮狀態中被測量；

相機，用于清楚的拍攝到乒乓球，并連續采集和儲存乒乓球圖像；

計算機，用于處理相機拍攝到的乒乓球圖像，并計算出乒乓球直徑和偏心。

氣浮平臺具體結構為：包括一個或多個環形管道，或者成環形對稱排列的氣管，環型的直徑小于乒乓球直徑，在環型管道的對稱位置上開有直徑相同的氣孔，氣孔方向指向圓環法線并偏向上方，氣孔的傾斜角度都是相同的，故噴射出來的氣體能夠使乒乓球在中心位置附近保持懸浮狀態，并達到平衡，環型管道由供氣裝置提供穩定且符合要求的氣流，使乒乓球懸浮起來，在氣浮平臺正下方一定距離處，安裝有一個能夠調整方向的氣管。

基于機器視覺的氣浮式乒乓球直徑和偏心檢測方法，借助于前述裝置實現，并包括下列步驟：

在計算機上進行：

（1）圖像預處理：對相機采集到的圖像進行預處理，過濾掉會帶來誤差的噪聲點等，并對圖像進行增強；

（2）邊緣提取：得到乒乓球輪廓邊緣的坐標點；

（3）直徑計算：根據最小二乘法擬合出乒乓球的直徑，然后根據標定參數，將其轉換為乒乓球的實際直徑，并存儲；

（4）圓心擬合：根據最小二乘法擬合出乒乓球的圓心坐標，并存儲，多幀圖像計算得到的直徑求平均后，所得直徑值作為乒乓球的實際直徑；

（5）偏心率計算：計算每幀圖像中，乒乓球輪廓邊緣上各個點到圓心的距離，并且求出該距離與擬合得到的乒乓球半徑的差值，計算多幀圖像中對應數據的標準方差，作為反映外形偏心的參數；計算多幀圖像中，乒乓球圓心位置點的最小包絡圓的直徑。