[發明專利]一種面向環錠紡細紗在線檢測的視覺系統校準方法

有效

• 申請號: 202110848442.1
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN113802227B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 汪俊亮;陶靜;張潔;徐楚橋;李冬武;陳泰芳
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D01H13/32
• 分類號: D01H13/32
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;柏子雵

1.一種面向環錠紡細紗在線檢測的視覺系統校準方法，其特征在于，包括以下步驟：

S000、在一個采樣周期T內，利用正面攝像頭及側面攝像頭同時采集同一根紗線的N組正面圖像及側面圖像，共采集得到2N張圖像；

S100、對N組正面圖像及側面圖像進行處理獲得N個紗線位置坐標，其中，對任意一組正面圖像及側面圖像進行處理包括以下步驟：

S101、從正面圖像及側面圖像中分割出紗線條干，獲得正面紗線條干圖像以及側面紗線條干圖像；

S102、去除正面紗線條干圖像以及側面紗線條干圖像的噪點、平滑邊界、填補區域空洞；

S103、獲取紗線輪廓角點坐標：(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)、(x₄,y₄)，剪裁經過步驟S102處理的正面紗線條干圖像以及側面紗線條干圖像獲取正面ROI區域以及側面ROI區域，選定公式為：

上式中，RangeH為正面ROI區域或側面ROI區域的高度，RangeW為正面ROI區域或側面ROI區域的寬度，H為正面紗線條干圖像或側面紗線條干圖像的高度，X₁為正面ROI區域或側面ROI區域的左邊界坐標，X₂為正面ROI區域或側面ROI區域的右邊界坐標；以上變量的單位均為pixel；

S104、以正面ROI區域及側面ROI區域的中心代表紗線在圖像中的位置，則有：

紗線在正面圖像的位置坐標為X_1z、X_2z為正面ROI區域的左邊界坐標及右邊界坐標；

紗線在側面圖像的位置坐標為X_1c、X_2c為側面ROI區域的左邊界坐標及右邊界坐標；

由此得到紗線的空間位置坐標為(x,y)；

S200、去除通過步驟S100得到的N個空間位置坐標數據點中的離群點，基于最小二乘法擬合紗線運動邊界模型，具體包括以下步驟：

S201、去除N個空間位置坐標數據點中的離群點；

S202、掃描剩余空間位置坐標數據點中的邊界點并基于最小二乘法擬合邊界函數，目標函數F(A,B,C,D,E)為：

式中，A、B、C、D、E為未知參數，N′為邊界點的數量，(X_i,Y_i)為第i個邊界點的坐標；

為使目標函數最小有:由此解出目標函數中的五個未知參數，得到邊界函數有：

S300、針對圖像的梯度信息對步驟S103中剪裁獲得的正面ROI區域的清晰度進行評價，結合空間位置坐標數據進行圖像清晰度與紗線位置的關聯分析，具體步驟為：

S301、使用如下清晰度函數D(f)對步驟S103中剪裁獲得的正面ROI區域進行評價：

式中，n、m分別為正面ROI區域像素行數和列數，f(x_i,y_i)為正面ROI區域中第(i,j)位像素點的灰度值，u為正面ROI區域灰度均值；

S302、以紗線位置坐標為圓心并以固定長度為半徑畫圓，該位置紗線圖像清晰度函數值映射為填充色，基于步驟S202中求得的紗線運動邊界函數確定熱力圖邊界，繪制出表示圖像清晰度分布的熱力圖；

S400、確定熱力圖中的最佳圖像清晰度分布區域，根據該最佳圖像清晰度分布區域確定可采集清晰圖像的最大離焦范圍R，以寬度為2R的搜索框搜索計算出用于拍攝正面圖像的CMOS相機的最佳焦平面的位置參數，搜索流程為：

S401、設焦平面初始位置為P₀，P₀＝y_min+R，y_min為紗線運動邊界最小縱坐標，即除離群點后所有空間位置坐標數據點的最小縱坐標值，沿Y軸移動搜索框使焦平面與搜索框的水平中線重合，根據步驟S104的空間位置坐標，計算剔除離群點后所有空間位置坐標數據點落入搜索框內的點數以及根據焦平面當前所處的Y軸坐標計算步驟S302得到熱力圖位于搜索框內部分的清晰度平均值，分別記為n₀和D₀；

S402、沿Y軸向上移動搜索框，步長為L，在不同焦平面位置分別計算點數及清晰度平均值，直至焦平面位置為y_max-R，y_max為紗線運動邊界最大縱坐標，即除離群點后所有空間位置坐標數據點的最大縱坐標值；

設第i個焦平面位置為P_i，P_i＝y_min+R+i*L，i＝0,1,……，計算得到的像素點數及清晰度平均值分別記為n_i、D_i；

S403、計算每個焦平面位置所對應的V值，其中，第i個焦平面位置對應的V值為v_i，V_i＝n_i×Q+D_i×(1-Q)，式中，Q為權重，由不同紡紗參數下，紗線振動決定，振動頻率越高，Q越小；所有V值中的最大值V_max對應的焦平面位置為最佳焦平面位置；

S500、根據最佳焦平面位置調節用于拍攝正面圖像的CMOS相機的位置，完成該相機的校準過程。