[發(fā)明專利]大型裝備裝配位姿視覺(jué)檢測(cè)過(guò)程中的光心提取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110467426.8
• 申請(qǐng)日: 2021-04-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113192122B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余航;尹相杰;張睿恒;李晨陽(yáng);許錄平;趙樂(lè)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/66
• 分類號(hào): G06T7/66;G06T7/136;G06T7/73;G01B11/00;G06V10/762
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

1.一種用于大型裝備裝配位姿視覺(jué)檢測(cè)過(guò)程中的光心提取方法，大型裝備裝配位姿視覺(jué)檢測(cè)主要包括有安置在被測(cè)物體上的靶板、工業(yè)攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)，靶板上安裝有空間位置已知的9個(gè)光源，并且規(guī)定9個(gè)光源的順序，光源之間空間關(guān)系為已知空間幾何約束，其特征在于，獲取大型裝備裝配位姿視覺(jué)檢測(cè)過(guò)程中的滿足已知空間幾何約束的順序排列的光斑光心，包括有如下步驟：

(1)輸入圖像：輸入來(lái)自工業(yè)攝像機(jī)拍攝的含有滿足已知空間幾何約束的光斑圖像，設(shè)所輸入的來(lái)自工業(yè)攝像機(jī)拍攝的含有滿足已知空間幾何約束的光斑圖像為I，圖像I中的各光斑之間的約束關(guān)系與實(shí)際靶板中實(shí)際各光源之間的約束關(guān)系不一致，因此稱圖像I為無(wú)約束圖像，圖像I中的像素矩陣為x，輸入圖像I中的像素矩陣x為，

其中，x_lu表示圖像I中第l行第u列的像素，L為圖像I橫向像素點(diǎn)的總個(gè)數(shù)，L≥2000，W為圖像I縱向像素點(diǎn)的總個(gè)數(shù)，W≥2000；

(2)對(duì)輸入圖像進(jìn)行二值化處理：對(duì)光斑圖像I使用otsu閾值分割算法進(jìn)行處理，得到二值化的圖像Io，二值化的圖像Io的像素矩陣為xo，其中，xo_lu表示二值化圖像Io中第l行第u列的像素，L為圖像Io橫向像素點(diǎn)的總個(gè)數(shù)，L≥2000，W為圖像Io縱向像素點(diǎn)的總個(gè)數(shù)，W≥2000，此時(shí)，光斑像素值為1，背景像素值為0；

(3)尋找圖像Io中無(wú)序光心并重新排列無(wú)序光心順序：首先提取二值化圖像Io中像素值為1的像素點(diǎn)集合Ioxy，圖像Io中值為1的像素點(diǎn)均為光斑區(qū)域像素，像素點(diǎn)集合Ioxy以矩陣表示為w₁，簡(jiǎn)稱光斑矩陣；其次使用K-means聚類算法對(duì)二值化圖像像素值為1的像素點(diǎn)矩陣w₁進(jìn)行光心坐標(biāo)提取，得到的9個(gè)光斑光心，為無(wú)序光心，將9個(gè)無(wú)序光心坐標(biāo)以矩陣表示為w₂，簡(jiǎn)稱無(wú)序光心矩陣，其中b_i1為w₂中第i個(gè)無(wú)序光心的橫坐標(biāo)，b_i2為w₂中第i個(gè)無(wú)序光心的縱坐標(biāo)，將w₂中9個(gè)無(wú)序光心坐標(biāo)按照靶板上規(guī)定的9個(gè)光斑順序進(jìn)行重新排列，得到符合規(guī)定順序的坐標(biāo)矩陣rank；

(4)隨機(jī)選取9個(gè)初始聚類中心：在光斑矩陣w₁中隨機(jī)選取9個(gè)坐標(biāo)作為初始聚類中心，表示為初始聚類中心集合

(5)劃分聚類類別：計(jì)算w₁中每個(gè)像素點(diǎn)坐標(biāo)到當(dāng)前9個(gè)聚類中心的最小值，按照w₁中每個(gè)像素點(diǎn)坐標(biāo)到當(dāng)前聚類中心距離的最小值，將矩陣w₁中所有像素點(diǎn)的坐標(biāo)劃分為9個(gè)聚類類別C＝{C₁,C₂,···,C_j,···,C₉}，其中C_j表示第j個(gè)聚類類別，1≤j≤9；

(6)更新每一個(gè)聚類中心：根據(jù)光源之間已知的空間幾何約束設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)最小化目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行推導(dǎo)，得到更新迭代公式，對(duì)聚類類別C的初始聚類中心集合Z⁰進(jìn)行迭代計(jì)算，根據(jù)所設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)推導(dǎo)出的更新迭代公式計(jì)算每一個(gè)聚類類別C_j的聚類中心z_j，將9個(gè)聚類類別C的聚類中心表示為聚類中心集合Z＝{z₁,z₂,···,z_j,···,z₉}，其中z_j＝(u_j,v_j)，此時(shí)完成一次聚類中心更新；

(7)判斷是否滿足停止條件：根據(jù)所設(shè)迭代誤差ε以及停止條件標(biāo)志η來(lái)判斷迭代結(jié)果是否正確；

(7a)設(shè)置迭代和停止條件參數(shù)：設(shè)迭代次數(shù)為m，最大迭代次數(shù)為M,迭代誤差為ε，停止條件標(biāo)志為η，初始令m＝0，其中，M≥15，ε≥0.03；

(7b)確定聚類中心：判斷||Z^m-Z^m-1||＜ε或m＝M是否成立，若是，得到計(jì)算后的聚類類別C的聚類中心集合Z，并執(zhí)行步驟(7d)，否則，執(zhí)行步驟(7c)；

(7c)進(jìn)入新一輪迭代：令m＝m+1，并再次順序執(zhí)行步驟(5)、(6)、(7a)、(7b)，進(jìn)入新一輪確定聚類中心的迭代；

(7d)確定滿足空間約束聚類中心集合Z：設(shè)停止條件標(biāo)志η，其中η≥20，對(duì)步驟(7b)得到的聚類中心集合Z與步驟(3)得到的符合規(guī)定順序的坐標(biāo)矩陣rank進(jìn)行比較，即計(jì)算||Z-rank||≤η是否成立，若是，得到計(jì)算后的聚類中心集合Z，即為滿足已知空間幾何約束的順序排列的光心坐標(biāo)，否則，返回執(zhí)行步驟(4)、(5)、(6)、(7a)、(7b)、(7c)進(jìn)入新一輪計(jì)算滿足空間約束光心坐標(biāo)的迭代，重新計(jì)算聚類中心集合Z并判斷其是否為最終滿足空間約束的光心坐標(biāo)集合；

(8)輸出最終光心：輸出步驟(7d)確定的最終聚類中心集合Z，集合Z中所有元素為滿足已知空間幾何約束的順序排列的光心坐標(biāo)。