[發明專利]一種基于粒子濾波的焊縫圖像跟蹤方法

有效

• 申請號: 201811228569.8
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109434251B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 王中任;劉德政;柯希林;王小剛;肖光潤;晏濤
• 申請（專利權）人: 湖北文理學院
• 主分類號: G06T7/20
• 分類號: G06T7/20;B23K9/127
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 祝蓉蓉

1.一種基于粒子濾波的焊縫圖像跟蹤方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)圖像采集：圖像采集設備連續采集特征焊縫激光條紋圖，發送至圖像處理裝置；

(2)圖像預處理：對所獲取的圖像采用中值濾波方法進行圖像去噪，然后采用拉普拉斯算子圖像增強，提高激光條紋與周圍背景對比度；

(3)圖像分割：將預處理后的圖像進行二值化分割處理，從而將焊縫激光條紋圖像分割出來；

(4)特征提取：采用粒子濾波跟蹤方法提取焊縫圖像特征，即激光線拐點坐標，獲得焊縫在圖像中的位置；所述粒子濾波跟蹤方法包括：

1)初始化焊接目標：在無焊接弧光干擾情況下用傳統算法檢測出需要跟蹤的焊縫拐點初始位置，并選取一定區域作為跟蹤目標區域；

2)提取焊縫目標的方向梯度直方圖：采用梯度方向直方圖描述子對該目標區域提出特征，即統計目標區域的梯度方向的信息作為目標圖像區域的表征，特征向量用表示；

3)初始化粒子：根據上一時刻焊縫的狀態信息，在目標區域附近按高斯分布的運動模型撒粒子，離初始目標區域越近，粒子數越多，確定候選區域；

4)提取候選狀態位置處的梯度方向直方圖：采用梯度方向直方圖描述子對候選區域提出特征，即統計候選區域的梯度方向的信息作為候選圖像區域的表征，特征向量表示，表示第t幀的第i個候選粒子狀態，存儲當前所有候選狀態位置；

5)粒子濾波：根據候選狀態位置處的梯度方向直方圖特征向量和焊縫目標的方向梯度直方圖特征向量之間的距離或相似度，確定粒子后續狀態的權重；

6)焊縫定位：根據步驟5)中粒子后續狀態的權重，估計出最優粒子狀態確定的焊縫位置；

7)目標特征矢量更新：對目標特征向量進行更新，更新時對當前幀處理的最優解對應的特征向量進行學習，學習率設為α，更新后的新的目標特征向量為：

8)重采樣與粒子狀態轉移：根據粒子的權重，對粒子進行重采樣，根據步驟5)獲得的相似度重新撒粒子，根據重采樣的結果來預測下一幀焊縫粒子候選狀態位置；重采樣對粒子候選狀態進行轉移后，回到步驟4)進行下一幀焊縫圖像的跟蹤；

(5)串口通訊：通過串口通訊將焊縫跟蹤結果發送給PLC，進而控制執行機構進行相關運動。

2.根據權利要求1所述的一種基于粒子濾波的焊縫圖像跟蹤方法，其特征在于，步驟(1)中，所述圖像采集設備包括攝像機、激光器、濾光片，所述激光器發射激光傾斜照射待測元件，所述攝像機垂直采集焊縫激光條紋圖。

3.根據權利要求2所述的一種基于粒子濾波的焊縫圖像跟蹤方法，其特征在于，攝像機與激光器成20°夾角。

4.根據權利要求1所述的一種基于粒子濾波的焊縫圖像跟蹤方法，其特征在于，步驟3)中，初始化粒子權重相等，用于后續統計決策。

5.根據權利要求1所述的一種基于粒子濾波的焊縫圖像跟蹤方法，其特征在于，步驟5)中，所述粒子濾波依據概率最優原則進行。

6.根據權利要求1所述的一種基于粒子濾波的焊縫圖像跟蹤方法，其特征在于，步驟6)中，所述焊縫位置的估計方法為：根據貝葉斯后驗概率來估計出最優目標位置。

7.根據權利要求1所述的一種基于粒子濾波的焊縫圖像跟蹤方法，其特征在于，步驟6)中，所述焊縫位置的估計方法為：利用相似度對粒子位置進行加權的結果作為目標可能的位置。