[發明專利]大型裝備裝配位姿視覺檢測過程中的光心提取方法

有效

• 申請號: 202110467426.8
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113192122B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 余航;尹相杰;張睿恒;李晨陽;許錄平;趙樂
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T7/66
• 分類號: G06T7/66;G06T7/136;G06T7/73;G01B11/00;G06V10/762
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

本發明提出了一種大型裝備裝配位姿視覺檢測過程中的光心提取方法，解決了現有技術設光斑窗口提取光心誤差大，測量精度低的問題。實現包括：輸入原始圖像I；對圖像I二值化得Io；提取Io所有光斑像素坐標矩陣wsubgt;1/subgt;，根據wsubgt;1/subgt;提取無序光心并按規定順序重新排列；選9個初始聚類中心作為初始聚類集合Zsupgt;0/supgt;；將wsubgt;1/subgt;劃為9個聚類類別C；設計目標函數并推導更新迭代公式更新聚類中心集合Z；迭代優化輸出最終光心集合Z，得到滿足已知空間幾何約束和規定順序的光心。本發明以光源之間的空間幾何約束設計目標函數，推導更新迭代公式，同時提取多個光心，回避系統誤差，提高測量精度。用于大型工件裝備裝配或輪廓檢測。

技術領域

本發明屬于視覺測量和圖像處理技術領域，主要涉及視覺測量，具體是一種用于大型裝備裝配位姿視覺檢測過程中的光心提取方法，本發明可用于計算機視覺、視覺測量等領域。

背景技術

視覺測量技術把圖像作為檢測和傳遞信息的手段或載體加以利用，從圖像中提取有用的信號，通過處理被測圖像而獲得所需的被測圖像的各種參數。視覺測量技術具有測量系統結構簡單，便于移動，數據采集快速、便捷，操作方便，測量成本較低，且具有在線、實時三維測量的潛力，尤其適合于遠距離三維空間點位、尺寸或大型工件輪廓的檢測，具有廣泛的應用前景，是當前的研究熱點。

大型裝備裝配位姿視覺檢測是視覺檢測的重要應用領域，系統主要由三部分組成，安置在被測物體上的靶板、工業攝像機和計算機，其測量原理為：將靶板與被測物體固連，靶板上具有相對位置已知的光源，工業攝像機對對靶板進行拍攝，可以獲得含有若干光斑的圖像，通過提取光斑圖像中滿足已知空間關系的光斑光心，進一步計算靶板與工業攝像機之間的相對空間位姿關系，可以得到被測物體與工業攝像機之間的相對空間位姿關系。在這一過程中，如何根據光源的相對位置準確計算得到靶板的位姿，是決定測量精確性的關鍵。

K均值聚類K-means是聚類分析中一種被研究最為廣泛的方法，該方法在用于圖像像素坐標數據是一種非監督聚類后的標記過程。K-means根據目標像素屬于不同區域的程度，將目標像素劃分為K類，通過目標函數的迭代優化，尋找合適的聚類中心，使得聚類內的目標函數的方差和迭代誤差最小。利用K-means非監督聚類標記的特點對目標像素坐標進行處理，可以減少人為的干預且較適合圖像中存在不確定性的特點。但K-mean對初始聚類中心的選擇較為敏感。

目前，已經提出了光斑質心提取的改進算法。例如馮新星等人于2012年5月在《光學學報》第32卷第5期，發表了一篇名稱為“二維高斯分布光斑中心快速提取算法研究”的文章，公開了一種圖像光斑近似符合二維高斯分布的光斑質心快速提取算法，該方法首先利用光斑窗口內的所有像素灰度信息，通過解析表達式計算高斯分布光斑的亞像素中心位置，并對傳統的高斯曲面擬合法求解過程進行優化，是一種更加先進的高斯擬合法。該方法能提高傳統高斯擬合法的運行效率，改善質心提取效果。但是該方法只能對單個窗口光斑的質心進行提取，當所處理的圖片中含有多個光斑時只能分別對每個光斑進行處理，并且當光斑位置之間存在空間幾何約束關系時，該方法對其進行處理時也存在一些限制。

對于大型裝備的測量，測量目標的物距相對拍攝的焦距很大，光源在圖像中會產生一個光斑，面積較大且不均勻，容易產生誤差。圖像中微小的像素差距放大到物體的測量中將會產生較大的誤差，因此對于遠靶點的圖像的質心提取精度提出了更高的要求，需要研究一種高精度的靶點圖像質心提取方法來保證較遠距離的測量精度。

綜上，在大型裝備裝配位姿視覺檢測過程中，需從工業攝像機獲取的光斑圖像中提取滿足已知空間幾何約束的光心，為準確計算得到靶板的位姿奠定基礎。但是現有技術提取光斑圖像中所有光斑的光心，且提取的光心要符合已知空間幾何約束關系時，測量結果精度仍然不高。而且工業攝像機拍攝的圖片存在光斑面積不均勻的問題，也會影響測量結果。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的缺陷，根據實際問題的需要，提出了一種測量精度更高的大型裝備裝配位姿視覺檢測過程中的光心提取方法。