專(zhuān)利名稱(chēng)：自動(dòng)灌裝桶的加注口快速視覺(jué)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是圖像處理技術(shù)、智能優(yōu)化等領(lǐng)域，具體涉及的是一種自動(dòng)灌裝桶的加注口快速視覺(jué)定位方法。
背景技術(shù)：
在石油、化工、醫(yī)療、飲料等生產(chǎn)領(lǐng)域中，桶裝液體的灌裝非常普遍。對(duì)于盛裝汽油、柴油等化工液體的偏心口容器，加注口的定位問(wèn)題嚴(yán)重制約著灌裝過(guò)程的自動(dòng)化。目 前，多數(shù)企業(yè)采用半自動(dòng)方式，即人工定位桶口加注。這種方式既影響生產(chǎn)效率，又會(huì)因灌裝滲透能力較強(qiáng)劇毒液體如枝椒油、TDA、氰化鈉、氫氟酸等，危害操作人員的身體健康。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用為加注口的視覺(jué)定位問(wèn)題提供了有效的解決方案。工業(yè)桶的加注口一般為圓形，在數(shù)值圖像處理上，圓孔的識(shí)別常用Hough變換技 術(shù)，然后利用圓周和圓心之間的幾何關(guān)系，確定圓心在圖像中的位置。這種方法計(jì)算量大，處理速度慢；另外，由于圖像信息的數(shù)字化原因，通過(guò)圓周和圓心的幾何定位關(guān)系，會(huì)影響定位精度；此外，若加注口不是圓形，則這種方法無(wú)能為力。在模板匹配法和探測(cè)圓逐步逼近法中，有兩個(gè)問(wèn)題難以解決(a)如何選擇模板(或圓)半徑，(b)尋優(yōu)算法如何確定，特別是尋優(yōu)算法會(huì)嚴(yán)重影響到定位速度和定位精度。而重心法則必須先在圖像上找到圓所在的最小范圍，因而在應(yīng)用中，傳統(tǒng)的重心定位方法受到諸多限制。因此，要提高加注口的定位速度和精度，必須采取新的定位方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本發(fā)明目的是在于提供一種定位精度高、定位速度快的自動(dòng)灌裝桶的加注口快速視覺(jué)定位方法，解決了自動(dòng)灌裝桶加注口的快速圖像定位問(wèn)題，提高灌裝速度和自動(dòng)灌裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)
自動(dòng)灌裝桶的加注口快速視覺(jué)定位方法，其方法包括如下步驟
(1)二值圖像變換
如果CCD傳感器輸出為彩色圖像，先將彩色圖像的三原色紅、綠、藍(lán)像素值進(jìn)行相加；若結(jié)果小于200，則令該處像素值為0，否則為255 ；
如果CCD傳感器輸出為灰度圖像，則灰度值小于66的像素值置為0，否則為255 ；
(2)統(tǒng)計(jì)像素值為0的像素個(gè)數(shù)N,其中,N^ 0,N為整數(shù)；同時(shí)將像素值為0的像素坐標(biāo)分為行(y)、列(X)坐標(biāo)分別進(jìn)行累加求和，當(dāng)所選圖像區(qū)域處理完后，其結(jié)果分別除以N，其對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)記為(x，y)；
(3)將二值圖像或經(jīng)步驟(2)處理后的二值圖像范圍的最大邊長(zhǎng)進(jìn)行縮小，以此邊長(zhǎng)構(gòu)造一個(gè)圖像區(qū)域，其中心坐標(biāo)為步驟(3)中計(jì)算所得到坐標(biāo)(x，y)；(4)所得到坐標(biāo)(x，y)精度的判斷在上述步驟(3)的圖像區(qū)域內(nèi)重復(fù)(2)的計(jì)算過(guò)程，直到連續(xù)兩次計(jì)算的(x，y)誤差小于精度要求為止，此時(shí)得到的像素坐標(biāo)(x，y)即為加注口的中心像素坐標(biāo)。為進(jìn)一步提高定位精度，它還包括二值圖像處理步驟，它還包括二值圖像處理步驟，二值圖像經(jīng)步驟(I)后，如果二值圖像存在明顯的噪聲干擾，則對(duì)二值圖像進(jìn)行腐蝕、膨脹處理。根據(jù)上述自動(dòng)灌裝桶的加注口快速視覺(jué)定位方法，其中，上述步驟(3)中，所述圖像區(qū)域?yàn)檎叫蔚膱D像區(qū)域。根據(jù)上述自動(dòng)灌裝桶的加注口快速視覺(jué)定位方法，其中，上述步驟(3)中，所述上一次圖像范圍的最大邊長(zhǎng)進(jìn)行縮小為原來(lái)的0. 65 0. 8倍。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)所具有的優(yōu)點(diǎn)為本發(fā)明通過(guò)利用工業(yè)灌裝桶不透明桶身的成 像特點(diǎn)，通過(guò)快速二值圖像變換方法，實(shí)現(xiàn)加注口的顏色提??；通過(guò)圖像區(qū)域縮小機(jī)制，動(dòng)態(tài)尋找加注口顏色的重心位置，直至滿足精度要求；由于利用了加注口的所有黑色像素信息，因而能有效的克服均值為零的噪聲干擾。定位算法中較少使用乘除法以及開(kāi)方及乘方運(yùn)算，因此，該方法定位速度極快，計(jì)算復(fù)雜性小，占用內(nèi)存小，可以在單片機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行，能夠有效地降低灌裝生產(chǎn)線的硬件成本，其適用范圍廣，只要加注口為對(duì)稱(chēng)形狀(不局限于圓形)，均可適用；當(dāng)實(shí)施對(duì)象不是灌裝桶時(shí)，只需要修改處理流程加注口的像素值，就可以應(yīng)用該方法進(jìn)行視覺(jué)定位。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明；
圖I為本發(fā)明的流程 圖2為本發(fā)明的一實(shí)施例的圖像結(jié)果。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。參見(jiàn)圖1，本發(fā)明是針對(duì)目前工業(yè)灌裝生產(chǎn)線的應(yīng)用現(xiàn)狀，為加注口視覺(jué)定位提出一種高精度、快速定位方法，來(lái)提高自動(dòng)灌裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。本實(shí)施例的自動(dòng)灌裝桶的加注口快速視覺(jué)定位方法，其方法包括如下步驟，
(I)二值圖像變換其是將彩色圖像通過(guò)加法運(yùn)算和邏輯判斷變換為二值圖像；而將灰度圖像使用邏輯判斷變換為二值圖像則。本實(shí)施例是將CXD傳感器固定在灌裝工作區(qū)上方，然后通過(guò)傳送裝置將灌裝桶輸送到灌裝工作區(qū)；當(dāng)灌裝桶停止運(yùn)行后，觸發(fā)CCD傳感器，進(jìn)行拍照；通過(guò)視頻采集卡，采集CXD圖像數(shù)據(jù)，并對(duì)CXD的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行二值變換；
在進(jìn)行二值變換變換時(shí)，如果CCD傳感器輸出為彩色圖像，先將彩色圖像的三原色紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)像素值進(jìn)行相加，若結(jié)果小于200 (推薦值滿足絕大多數(shù)情況，最佳值可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試)，則令該處像素值為0，否則為255。如果CCD傳感器輸出為灰度圖像，則灰度值小于66 (推薦值為上限滿足絕大多數(shù)情況，最佳值可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試)的像素值置為O，否則為255。(2)如果樣本圖像即二值圖像存在明顯的噪聲干擾，則對(duì)二值圖像進(jìn)行腐蝕、膨脹處理，進(jìn)一步提聞定位精度。(3)統(tǒng)計(jì)像素值為0的像素個(gè)數(shù)N,同時(shí)將像素值為0的像素坐標(biāo)分為行(y)、列(X)坐標(biāo)分別進(jìn)行累加求和，當(dāng)所選圖像區(qū)域處理完后，其結(jié)果分別除以N，其對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)記為(x，y);該步驟使用了加法運(yùn)算，耗時(shí)的除法運(yùn)算只使用了一次，提高運(yùn)算速度。(4)將上一次圖像范圍的最大邊長(zhǎng)縮小為原來(lái)的0. 65 0. 8倍，以此邊長(zhǎng)構(gòu)造一個(gè)正方形的圖像區(qū)域，其中心坐標(biāo)為步驟(3)中計(jì)算所得到坐標(biāo)x，y)。(5)所得到坐標(biāo)(x，y)精度的判斷在此圖像區(qū)域內(nèi)重復(fù)(3)的計(jì)算過(guò)程，直到連續(xù)兩次計(jì)算的(x，y)誤差小于精度要求為止，此時(shí)得到的像素坐標(biāo)(x，y)即為加注口的中 心像素坐標(biāo)，如圖2所示，該圖像結(jié)果5次迭代計(jì)算后就找到了加注口的圓心位置，其中，矩形外框?yàn)樽鴺?biāo)系構(gòu)成的矩形框，里面的曲線是處理后的二值圖像，虛線矩形方框?yàn)槊看慰s小圖像范圍時(shí)的圖像邊界，“ + ”字星是動(dòng)態(tài)計(jì)算得到的加注口圓心位置。本實(shí)施例在實(shí)際運(yùn)行中，其經(jīng)測(cè)試具有以下優(yōu)點(diǎn)
I.定位速度快。由本發(fā)明提出的處理流程可知，在處理流程(I)中，將彩色圖像變換為二值圖像只使用了加法運(yùn)算和邏輯判斷；而將灰度圖像變換為二值圖像則只使用邏輯判斷。在處理流程(2)中，二值圖像進(jìn)行腐蝕、膨脹處理也只使用邏輯判斷。在處理流程(3)中，主要使用加法運(yùn)算，耗時(shí)的除法運(yùn)算只使用了一次。在處理流程(4)中，圖像范圍縮小也只需要用到一次耗時(shí)的乘法運(yùn)算；由于耗時(shí)的乘、除、乘方運(yùn)算很少，因此，提高了計(jì)算速度，使其極快。2.定位精度高。本發(fā)明所提出的加注口定位方法，與其它的圓心定位方法有明顯的不同，主要體現(xiàn)在本專(zhuān)利申請(qǐng)不是利用加注口的圓形特征和圓周邊緣像素，而是利用加注口的所有黑色像素信息，因而能有效的克服均值為零的噪聲干擾，將二值圖像進(jìn)行腐蝕、膨脹處理是為了進(jìn)一步提高定位精度。3.定位算法簡(jiǎn)單，可在價(jià)格低廉、指令簡(jiǎn)單的單片機(jī)上運(yùn)行。由于其它方法計(jì)算方法復(fù)雜，當(dāng)處理速度要求較高時(shí)，其它方法不得不依賴(lài)計(jì)算能力很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)來(lái)提高處理速度，而本發(fā)明計(jì)算簡(jiǎn)單、定位速度快(通常5次迭代尋優(yōu)就能滿足定位精度要求)，在單片機(jī)也能實(shí)現(xiàn)快速定位。因此，本發(fā)明還能降低硬件成本。4.本發(fā)明適用范圍廣，體現(xiàn)在兩個(gè)方面a)只要加注口為對(duì)稱(chēng)形狀(不局限于圓形)，本發(fā)明均可適用山)當(dāng)實(shí)施對(duì)象不是灌裝桶時(shí)，只需要修改處理流程I)中加注口的像素值，就可以應(yīng)用本發(fā)明方法進(jìn)行視覺(jué)定位。基于上述，本發(fā)明是利用工業(yè)灌裝桶不透明桶身的成像特點(diǎn)，通過(guò)快速二值圖像變換方法，實(shí)現(xiàn)加注口的顏色提?。煌ㄟ^(guò)圖像區(qū)域縮小機(jī)制，動(dòng)態(tài)尋找加注口顏色的重心位置，直至滿足精度要求。該方法定位速度極快，計(jì)算復(fù)雜性小，占用內(nèi)存小，可以在單片機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行，能夠有效地降低灌裝生產(chǎn)線的硬件成本。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.自動(dòng)灌裝桶的加注口快速視覺(jué)定位方法，其方法包括如下步驟 (1)二值圖像變換 如果CCD傳感器輸出為彩色圖像，先將彩色圖像的三原色紅、綠、藍(lán)像素值進(jìn)行相加；若結(jié)果小于200，則令該處像素值為0，否則為255 ； 如果CCD傳感器輸出為灰度圖像，則灰度值小于66的像素值置為0，否則為255 ； (2)統(tǒng)計(jì)像素值為0的像素個(gè)數(shù)N,其中,N^ 0,N為整數(shù)；同時(shí)將像素值為0的像素坐標(biāo)分為行(y)、列(X)坐標(biāo)分別進(jìn)行累加求和，當(dāng)所選圖像區(qū)域處理完后，其結(jié)果分別除以N，其對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)記為(x，y)； (3)將二值圖像或經(jīng)步驟(2)處理后的二值圖像范圍的最大邊長(zhǎng)進(jìn)行縮小，以此邊長(zhǎng)構(gòu)造一個(gè)圖像區(qū)域，其中心坐標(biāo)為步驟(3)中計(jì)算所得到坐標(biāo)(x，y)； (4)所得到坐標(biāo)(x，y)精度的判斷在上述步驟(3)的圖像區(qū)域內(nèi)重復(fù)(2)的計(jì)算過(guò)程，直到連續(xù)兩次計(jì)算的(x，y)誤差小于精度要求為止，此時(shí)得到的像素坐標(biāo)(x，y)即為加注口的中心像素坐標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動(dòng)灌裝桶的加注口快速視覺(jué)定位方法，其特征在于，它還包括二值圖像處理步驟，二值圖像經(jīng)步驟(I)后，如果二值圖像存在明顯的噪聲干擾，則對(duì)二值圖像進(jìn)行腐蝕、膨脹處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的自動(dòng)灌裝桶的加注口快速視覺(jué)定位方法，其特征在于，上述步驟(3)中，所述圖像區(qū)域?yàn)檎叫蔚膱D像區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的自動(dòng)灌裝桶的加注口快速視覺(jué)定位方法，其特征在于，上述步驟(3)中，所述將二值圖像或經(jīng)步驟(2)處理后的二值圖像范圍的最大邊長(zhǎng)進(jìn)行縮小為原來(lái)的0. 65 0.8倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及的一種自動(dòng)灌裝桶的加注口快速視覺(jué)定位方法，其方法是利用工業(yè)灌裝桶不透明桶身的成像特點(diǎn)，通過(guò)快速二值圖像變換方法，實(shí)現(xiàn)加注口的顏色提??；通過(guò)圖像區(qū)域縮小機(jī)制，動(dòng)態(tài)尋找加注口顏色的重心位置，直至滿足精度要求，得到的像素坐標(biāo)即為加注口的中心像素坐標(biāo)。本發(fā)明由于利用了加注口的所有黑色像素信息，因而能有效的克服均值為零的噪聲干擾，其定位速度極快，計(jì)算復(fù)雜性小，占用內(nèi)存小，可以在單片機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行，能夠有效地降低灌裝生產(chǎn)線的硬件成本，其適用范圍廣，當(dāng)實(shí)施對(duì)象不是灌裝桶時(shí)，只需要修改處理流程加注口的像素值，就可以應(yīng)用該方法進(jìn)行視覺(jué)定位。
文檔編號(hào)G06T5/30GK102749031SQ20121021120
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月26日
發(fā)明者劉燕, 楊啟文, 王術(shù)彬, 金紀(jì)東 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū)