[發(fā)明專利]基于激光視覺的焊縫跟蹤圖像處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710281325.5
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN107424144B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李東潔;王世偉;李潛
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/11;G06T7/136
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務(wù)所 23109
• 代理人: 劉冰

基于激光視覺的焊縫跟蹤圖像處理算法，包括從圖像采集、預處理、閾值分割、焊縫特征識別等過程。激光視覺傳感器采集焊縫圖像，傳輸?shù)焦I(yè)控制計算機進行處理。首先，使用中值濾波器消除弧光、飛濺等噪聲干擾；然后，使用基于核密度估計的圖像閾值分割算法求解最佳閾值，獲得二值圖像；最后，采用Hough變換檢測激光條紋直線，識別焊縫特征點，實現(xiàn)實時焊縫跟蹤。針對Hough變換耗時長的缺點，減少統(tǒng)計參數(shù)的個數(shù)，降低運算時間。本發(fā)明適用于V型焊縫的跟蹤識別。

技術(shù)領(lǐng)域

本實發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域，具體涉及到焊接自動化中焊縫特征檢測識別的方法。

背景技術(shù)

焊接自動化技術(shù)以其優(yōu)良的工作效率被廣泛地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，是焊接技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，是實現(xiàn)更安全、高效、智能生產(chǎn)的重要手段。實時焊縫跟蹤、檢測、糾偏是實現(xiàn)焊接自動化的關(guān)鍵?；诩す庖曈X的焊縫跟蹤技術(shù)在焊接制造業(yè)中擁有很好的發(fā)展前景。激光視覺傳感器采用非接觸的傳感方式，可以獲取高質(zhì)最的焊縫圖像，有效提高焊縫跟蹤的靈敏度和檢測精度。激光光源具有亮度高、單色性好的優(yōu)點，可以有效地削弱弧光對圖像質(zhì)量的影響，很好地保護焊縫特征信息，降低后續(xù)圖像處理的難度。但是此技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展還不成熟，存在圖像處理算法運算時間長，焊縫識別精度低等缺點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種基于激光視覺的焊縫跟蹤圖像處理方法。主要包括五個過程，焊縫圖像采集(1)、圖像預處理(2)、基于核密度估計的圖像閾值分割(3)、Hough變換直線檢測(4)、焊縫特征點識別(5)。

所述的焊縫圖像采集(1)，激光視覺傳感器由激光發(fā)射器、工業(yè)CCD相機、帶通濾光片、保護裝置等組成。激光器發(fā)射出波長為648nm的一字線紅色激光以一定傾斜角度α投射到焊縫表面。CCD相機垂直焊縫表面采集焊縫圖像。

所述的圖像預處理(2)，使用中值濾波器過濾圖像中的噪聲干擾，平滑圖像，然后進行圖像增強，提高對比度。

所述的基于核密度估計的圖像閾值分割(3)，使用加權(quán)核密度估計器估計，圖像中像素灰度值為i的條件概率密度為圖像中X＝(x，y)處灰度值為i的概率為假設(shè)閾值T將焊縫圖像分割為A(條紋區(qū)域)、B(背景區(qū)域)兩部分，則X＝(x，y)處像素點屬于A、B的概率分別為和設(shè)置目標函數(shù)為當T使取得最小值時，為最佳閾值T^*，記為

所述的Hough變換直線檢測(4)，XY空間中的直線可以表示為ρ＝|xcosθ|+|ysinθ|，其中，ρ表示原點到直線的垂直距離；θ表示直線與X軸的夾角；表示該直線的經(jīng)過原點的正垂線與X軸的夾角。選出二值圖像中像素值為1的點，作為檢測Hough直線的特征點。設(shè)置一個基點，利用剩余的特征點確定直線并計算參數(shù)θ_ij。根據(jù)二值圖像判斷θ_ij的大致范圍。設(shè)置一個累加器A(θ_ij)，按照一定的間隔取θ_ij的值。累加器中取得統(tǒng)計峰值的θ_ij值，其對應(yīng)的直線即為激光條紋直線。方法中的統(tǒng)計參數(shù)由兩個減少為一個，節(jié)省了計算時間和內(nèi)存占用。

所述的焊縫特征點識別(5)，根據(jù)V型焊縫的特點，需要檢測其三個特征點，即V型焊縫底部焊點和兩個邊緣點。V型焊縫底部焊點處于最下端。遍歷激光條紋直線，縱坐標最小的點，就是焊縫底部焊點。即B(x，y)＝{(x，y)|(x，y)∈g(x，y)，y＝y(tǒng)_min}，式中，B(x，y)代表焊縫底部焊點坐標，代表激光條紋直線。從該點出發(fā)，分別遍歷其兩側(cè)的直線，縱坐標最大的點，就是焊縫的邊緣點。即式中，L(x，y)和R(x，y)分別表示焊縫的左右邊緣點。

有益效果。

1.基于激光視覺的焊縫跟蹤圖像處理方法，在采集焊縫圖像時，可以很好地抑制弧光、飛濺等干擾，圖像質(zhì)量高。

2.Hough變換直線檢測，將變換空間中的統(tǒng)計參數(shù)減少為一個，可以減少計算時間，節(jié)省內(nèi)存消耗。