[發明專利]基于視覺的成捆圓鋼端面中心坐標的獲取系統和方法

有效

• 申請號: 201610193685.5
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN105865329B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 黃風山;秦亞敏;張付祥
• 申請（專利權）人: 河北科技大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于視覺的成捆圓鋼端面中心坐標的獲取方法，該方法采用的系統包括CCD相機，光源，安裝有圖像存儲和處理程序的計算機和標定板，所述光源為環形陣列光源，中間開有放置CCD相機的孔，CCD相機放置在環形陣列光源中心孔位置，且正對著成捆圓鋼端面，保證成捆圓鋼端面在CCD相機的焦距范圍內，安裝有圖像存儲和處理程序的計算機布置在不遮擋CCD相機采集圖像的位置，CCD相機和光源分別通過通信電纜與安裝有圖像存儲和處理程序的計算機連接在一起，標定板布置在與成捆圓鋼端面對齊的平面上，且保證標定板垂直于水平面，所述方法包括如下步驟：

1、保證成捆圓鋼的端面與CCD相機的光軸中心垂直，采集待檢測成捆圓鋼端面圖像；

2、對采集的成捆圓鋼端面圖像應用平均值法進行灰度處理；

3、對灰度處理后的成捆圓鋼端面圖像應用中值濾波法進行圖像去噪，改善圖像的質量；

4、對改善后的圖像采用高帽運算法進行圖像增強，增強圓鋼端面圖像的局部圖像信息，加強圓鋼端面與背景物的對比度；

5、對圖像增強后的圓鋼端面圖像采用最大方差閾值分割法進行二值化處理，使灰度圖像變為只有黑白兩種顏色的二值圖像；

6、消除二值圖像中不是目標物的背景圖像：通過實際測量確定出圓鋼端面在CCD相機像平面上所占有像素個數的范圍R，在進行完圖像二值化后，統計監測出每塊白色區域所占像素的個數，如果像素個數在范圍R內就保留此區域，否則就去除；

7、對只有圓鋼端面圖像的圖片采用分水嶺分割算法進行圖像分割，使粘連在一起的多個圓鋼端面分割開來；

8、對分割后的圖像進行邊緣檢測：首先，針對圓鋼端面圖像的特點，設計盤型結構元素，對分割后的圓鋼端面的二值圖像進行一次腐蝕操作，腐蝕后得到圖像I，再對分割后的圓鋼端面的二值圖像進行一次膨脹操作，膨脹后得到圖像J，然后將膨脹后得到的圖像J減去腐蝕后得到的圖像I得到的圖像即為階梯圖像K，最后對階梯圖像K進行細化，得到細化后的圖像；

9、對邊緣檢測后的圓鋼端面圖像運用質心法進行中心定位，得到每個圓鋼端面中心點的像素坐標；

10、通過采用張正友標定法對CCD相機進行標定，進而由圓鋼端面中心像素坐標得到圓鋼端面中心的世界坐標，本標定方法的步驟如下：

1）本標定所采用的標定板為尺寸30mm×30mm的棋盤格，固定CCD相機的位置保持不變，首先將標定板垂直于水平面放置，標定板上下兩邊平行于水平面且保證標定板和圓鋼端面位于同一平面內，在該位置拍攝一幅標定板平面圖像，然后再轉動標定板的方向拍攝三幅不同位置的標定板平面圖像，利用張正友標定法就可以求出CCD相機的內參數；

2）因為拍攝時第一張圖與圓鋼端面是齊平的，定義該標定板左上角點的世界坐標的原點，且世界坐標的Z面在標定板上，Z軸垂直于左上角點；

3）運用MATLAB中自帶的張正友的標定工具箱標定后得到CCD相機的內參數和對應的第一幅標定板的外參數；

4）由處理后得到的圓鋼端面圖像，可求出圓鋼中心像素坐標；

由以上步驟提取的四根圓鋼的中心點1、2、3、4像素坐標為：(u₁,v₁)、(u₂,v₂)、(u₃,v₃)和(u₄,v₄)，然后將求出的相機的內外參數以及各圓鋼端面中心點坐標代入公式，其中，（u,v）為待測目標點的像素坐標，（x,y）為待測目標點的世界坐標，s為一任意的非零尺度因子，旋轉矩陣R’=[r₁r₂]與平移向量t稱為CCD相機外部參數，A為CCD相機內部參矩陣，定義為，其中，（u₀，v₀）為主點坐標，a_x、a_y分別是ｕ軸和v軸的尺度因子，r是u軸和v軸的不垂直因子，得出圓鋼端面1、2、3、4點所對應的世界坐標(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)和(x₄,y₄)。