本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于識(shí)別輪轂氣門(mén)孔的方法，該方法通過(guò)對(duì)氣門(mén)孔進(jìn)行兩次定位而確定氣門(mén)孔的準(zhǔn)確位置，第一次定位確定氣門(mén)孔所在的圓環(huán)范圍，第二次具體定位出氣門(mén)孔所在位置。

技術(shù)背景

在汽車(chē)輪轂的生產(chǎn)過(guò)程中，需要提取輪轂的背腔信息，這些信息都是按一定的順序分布在輪轂的輻條上，要依次得到這些信息就要先確定一個(gè)參照位置，由于輪轂是中心對(duì)稱的，而氣門(mén)孔正好是這個(gè)對(duì)稱圖像中的一個(gè)差異點(diǎn)，故以氣門(mén)孔作為參照最為簡(jiǎn)單快捷。以氣門(mén)孔為參照點(diǎn)，通過(guò)控制輪轂的旋轉(zhuǎn)角度對(duì)輪輻上的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集。

本發(fā)明的初衷是從氣門(mén)孔的特征出發(fā)，首先發(fā)掘出氣門(mén)孔相比于周?chē)妮嗇梾^(qū)域有哪些差異特征，經(jīng)過(guò)對(duì)多個(gè)輪轂的觀察發(fā)現(xiàn)，氣門(mén)孔是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圓形，而且氣門(mén)孔附近的圖像灰度值變化較為劇烈，一般呈現(xiàn)出比其它輪輻區(qū)域灰度值低的特征。所以通過(guò)結(jié)合以上三種特征，就能找出氣門(mén)孔和周?chē)鷧^(qū)域的差別從而定位出氣門(mén)孔。然而，選用什么樣的圖像預(yù)處理方法才能更好地凸顯氣門(mén)孔區(qū)域以便于進(jìn)行下一步的識(shí)別是一個(gè)難點(diǎn)，一般常用的預(yù)處理方法是圖像的濾波去噪以及形態(tài)學(xué)變換等，但對(duì)于此處的氣門(mén)孔卻不能用這些方法，因?yàn)橄鄬?duì)于輪轂來(lái)說(shuō)氣門(mén)孔本身就比較小，如果采用圖像的平滑處理就會(huì)丟失為數(shù)不多的邊緣細(xì)節(jié)信息，不利于hough圓變換進(jìn)行圓形搜索，所以此處采用自適應(yīng)閾值法能很好地保留邊緣細(xì)節(jié)。

發(fā)現(xiàn)氣門(mén)孔的以上三個(gè)特征雖然不難，但如何凸顯這三個(gè)特征，以及怎樣結(jié)合這些特征去定位出氣門(mén)孔就不容易想到。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在完成對(duì)氣門(mén)孔的定位。對(duì)車(chē)輪轂進(jìn)行身份識(shí)別時(shí)需要用到輪轂背腔的鑄碼以及打碼信息，這些信息都被標(biāo)注在輪轂的輪輻上，中信戴卡車(chē)輪背腔信息標(biāo)識(shí)有五種，它們分別是：gm、china、t-dot、年月和dicastal，對(duì)于不同的輪轂，這五種信息出現(xiàn)的先后順序是沒(méi)有規(guī)律的。為了輪轂識(shí)別的快捷性，在建立輪轂信息庫(kù)時(shí)，就需要針對(duì)不同輪轂分別記錄以上五種信息出現(xiàn)的先后順序，以及每?jī)煞N信息間隔的距離。而要查找先后順序和間隔就需要先規(guī)定一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，根據(jù)輪轂的實(shí)際特征要求，以氣門(mén)孔為基準(zhǔn)點(diǎn)具有簡(jiǎn)單快捷的優(yōu)點(diǎn)，故氣門(mén)孔定位是識(shí)別輪轂背腔信息的第一步。

為了解決上述存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：首先對(duì)從生產(chǎn)線上采集的輪轂圖片進(jìn)行預(yù)處理，用hough圓變換定位出輪轂的位置同時(shí)獲得其圓心和半徑信息，結(jié)合氣門(mén)孔在輪轂上的實(shí)際位置，設(shè)定半徑范圍，切出一個(gè)環(huán)形區(qū)域，氣門(mén)孔就在這個(gè)以輪轂中心為圓心的環(huán)形區(qū)域內(nèi)；設(shè)定氣門(mén)孔的半徑范圍，在這個(gè)環(huán)形區(qū)域中尋找氣門(mén)孔候選區(qū)域，并對(duì)環(huán)形區(qū)域進(jìn)行自適應(yīng)閾值變換，通過(guò)對(duì)候選區(qū)域內(nèi)低值像素個(gè)數(shù)的判斷來(lái)確定候選區(qū)域是否為真正的氣門(mén)孔；最后對(duì)比輪轂的直徑參數(shù)人為設(shè)定氣門(mén)孔直徑大小，定位出氣門(mén)孔。

一種用于識(shí)別輪轂氣門(mén)孔的方法，該方法內(nèi)容包括以下步驟：

(1)定位輪轂所在位置

首先對(duì)從生產(chǎn)線上采集的輪轂圖片進(jìn)行預(yù)處理，采用hough圓變換方法確定輪轂所在的大圓區(qū)域；因?yàn)檩嗇炇且粋€(gè)圓形結(jié)構(gòu)，而且在工業(yè)相機(jī)取景中占據(jù)相當(dāng)大的比例，所以可以先確定輪轂所在的大圓區(qū)域。

(2)氣門(mén)孔粗定位

通過(guò)步驟(1)中所確定的輪轂在大圓區(qū)域位置的定位，再確定輪轂的圓心o和半徑r，合理設(shè)置半徑范圍，切出一個(gè)環(huán)形區(qū)域，從而確定氣門(mén)孔所在的外環(huán)區(qū)域；

(3)確定氣門(mén)孔候選位置

首先對(duì)步驟(2)中切出的輪轂環(huán)形區(qū)域進(jìn)行自適應(yīng)閾值變換，用hough圓變換在上述環(huán)形區(qū)域中查找氣門(mén)孔候選位置；

(4)定位出氣門(mén)孔的精確位置

對(duì)氣門(mén)孔候選區(qū)域進(jìn)行確認(rèn)，判斷候選區(qū)域中的低值像素的個(gè)數(shù)，也即黑色像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)，判斷是否滿足設(shè)定的個(gè)數(shù)條件；如果不滿足，則進(jìn)行下一次定位候選區(qū)域；若滿足，則表示成功定位到一個(gè)氣門(mén)孔精確位置。

本發(fā)明適用于輪轂生產(chǎn)線等一些環(huán)境比較復(fù)雜的場(chǎng)景，因?yàn)槭侵苯油ㄟ^(guò)hough圓變換查找圓所在位置，故不需要對(duì)背景進(jìn)行處理，具有抗干擾性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，最后通過(guò)低值像素的判斷確保了定位氣門(mén)孔的準(zhǔn)確性。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種用于識(shí)別輪轂氣門(mén)孔的方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有這樣的有益效果：

①本發(fā)明對(duì)輪轂生產(chǎn)線等一些環(huán)境比較復(fù)雜的場(chǎng)景也適用，由于hough變換輸入?yún)?shù)是圖像的邊緣信息，所以背景圖像的變化對(duì)氣門(mén)孔定位的影響可以忽略，具有抗干擾性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)；

②生產(chǎn)線上輪轂取景時(shí)由于工藝誤差和輪轂位置的擺放差別，同一型號(hào)輪轂的大圓半徑和氣門(mén)孔半徑都不會(huì)是一個(gè)確定的值，會(huì)由于誤差的原因而在上下一定范圍內(nèi)浮動(dòng)，而本發(fā)明在查找輪轂大圓和氣門(mén)孔小圓時(shí)，用的是范圍半徑查找方式，正好克服了半徑誤差帶來(lái)的干擾；

③本發(fā)明在進(jìn)行氣門(mén)孔初次篩選后還要對(duì)氣門(mén)孔候選區(qū)域進(jìn)行低值像素的統(tǒng)計(jì)，通過(guò)對(duì)自適應(yīng)閾值變換后的氣門(mén)孔候選區(qū)域進(jìn)行低值像素統(tǒng)計(jì)，判斷是否滿足設(shè)定閾值，以此來(lái)進(jìn)行氣門(mén)孔的二次篩選，保證了定位氣門(mén)孔的精度，降低了氣門(mén)孔定位的誤識(shí)別率；

④本發(fā)明思路清晰、步驟簡(jiǎn)單，算法運(yùn)算耗時(shí)少，定位精準(zhǔn)，符合工業(yè)生產(chǎn)的快速性和實(shí)時(shí)性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種用于識(shí)別輪轂氣門(mén)孔的方法流程圖；

圖2是氣門(mén)孔定位步驟；

圖3是非極大值抑制的方法原理圖；

圖4是氣門(mén)孔誤檢情況；

圖5是氣門(mén)孔誤檢后的修正結(jié)果；

圖6是人為設(shè)定氣門(mén)孔直徑示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明的一種用于識(shí)別輪轂氣門(mén)孔的方法，其流程圖如圖1所示，該方法的大致步驟如圖2所示，其中：圖2a是三種待識(shí)別輪轂的原圖，圖2b是三種輪轂經(jīng)過(guò)canny算法之后提取的高頻邊緣圖，圖2c是各輪轂氣門(mén)孔定位的識(shí)別結(jié)果，詳細(xì)步驟為：

(步驟1)定位輪轂所在位置

首先對(duì)從生產(chǎn)線上采集的輪轂圖片進(jìn)行預(yù)處理，采用hough圓變換方法確定輪轂所在的大圓區(qū)域；定位輪轂位置時(shí)需要用到hough圓變換，所述hough圓變換方法的具體步驟為：

①首先用canny算法對(duì)圖片進(jìn)行邊緣檢測(cè)，確定圓周線；

②求出圓周線的法線，各法線的交點(diǎn)即為待確定的圓心；

③對(duì)法線的交點(diǎn)進(jìn)行累加，累加次數(shù)大于設(shè)定的閾值則判定為一個(gè)圓心；

④得出半徑，計(jì)算圓心到所有圓周線的距離，圓半徑的數(shù)量要遠(yuǎn)大于其它長(zhǎng)度相等線段的數(shù)量；

⑤對(duì)得出的半徑進(jìn)行篩選，使之滿足設(shè)定的半徑范圍。

所述用canny算法對(duì)圖片進(jìn)行邊緣檢測(cè)，確定圓周線，其具體步驟如下：

先用sobel算子計(jì)算圖片的梯度方向以及獲得大致邊緣圖。sobel算子由兩組3x3的矩陣組成：

(1)式方括號(hào)中是橫向算子，(2)式方括號(hào)中是縱向算子，將兩個(gè)算子分別與原圖作卷積運(yùn)算得到gx和gy，其中a表示原始圖像，gx及gy分別表示經(jīng)橫向及縱向邊緣檢測(cè)的圖像。則梯度的幅值g可以表示為梯度方向θ表示為

然后用非極大值抑制方法對(duì)上述的sobel邊緣進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，其原理如圖3所示，圖中黑色方框代表圖像中的像素點(diǎn)，像素點(diǎn)的方向?yàn)檫吘壍奶荻确较颍热缦葘⑾袼豬(i-1)作為極大值候選，將它和左右鄰像素值對(duì)比，假設(shè)i(i)為局部極大值，則i(i)>i(i-1)，i(i-1)不是極大值則置零，再將i(i)作為極大值候選，已知i(i)>i(i+1)，則將像素i(i+1)置零而不用作為極大值候選像素，直接跳到i(i+2)，將像素i(i+2)作為極大值候選。以此來(lái)排除非邊緣像素，而僅僅保留一些細(xì)線作為邊緣。接下來(lái)用滯后閾值法再次細(xì)化上述sobel邊緣的邊緣線，首先設(shè)置兩個(gè)閾值，一個(gè)高閾值和一個(gè)低閾值，判斷某一像素位置的幅值若高于高閾值，則該像素被保留為邊緣像素；若某一像素位置的幅值低于低閾值則被排除；若某一像素位置的幅值在兩個(gè)閾值之間，只有當(dāng)它連接到一個(gè)高于高閾值的像素時(shí)才被保留。

(步驟2)氣門(mén)孔粗定位

通過(guò)上述步驟1中所確定的輪轂在大圓區(qū)域位置的定位，再確定輪轂的圓心o和半徑r，合理設(shè)置半徑范圍，切出一個(gè)環(huán)形區(qū)域，從而確定氣門(mén)孔所在的外環(huán)區(qū)域。經(jīng)過(guò)對(duì)多個(gè)輪轂氣門(mén)孔位置的觀察，本發(fā)明把氣門(mén)孔的位置限定在12r/16到15r/16的輪轂外環(huán)內(nèi)。

(3)確定氣門(mén)孔候選位置

對(duì)上述步驟2中切出的輪轂環(huán)形區(qū)域進(jìn)行自適應(yīng)閾值變換，用hough圓變換在上述環(huán)形區(qū)域中查找氣門(mén)孔候選位置；由于已經(jīng)把目標(biāo)圖像的范圍限定在環(huán)形區(qū)域，所以在進(jìn)行氣門(mén)孔定位的時(shí)候就不會(huì)把輪轂中間的螺絲孔搜索到，這樣可以排除輪轂中心孔洞的影響，提高氣門(mén)孔定位的精確度。氣門(mén)孔的直徑都是在12mm左右，在進(jìn)行氣門(mén)孔候選位置確定的時(shí)候限定hough變換的半徑參數(shù)有利于快速找到候選氣門(mén)孔。

(4)定位出氣門(mén)孔精確位置

為防止個(gè)別氣門(mén)孔存在誤檢的情況，在用hough圓變換檢測(cè)出氣門(mén)孔之后，還要對(duì)檢測(cè)出的氣門(mén)孔進(jìn)行確認(rèn)。本發(fā)明采用的確認(rèn)方法是對(duì)圈定的氣門(mén)孔區(qū)域進(jìn)行低值像素的統(tǒng)計(jì)。先檢測(cè)出氣門(mén)孔候選區(qū)域，如圖4a所示，再對(duì)截取的氣門(mén)孔所在的輪轂外環(huán)區(qū)域進(jìn)行自適應(yīng)閾值變換，如圖4b所示，然后對(duì)圖4a中的氣門(mén)孔候選區(qū)域進(jìn)行確認(rèn)，統(tǒng)計(jì)氣門(mén)孔候選區(qū)域內(nèi)的低值像素的個(gè)數(shù)，圖4c中的灰色圓環(huán)即為氣門(mén)孔候選區(qū)域，統(tǒng)計(jì)這個(gè)灰色圓環(huán)內(nèi)低值像素的個(gè)數(shù)，如果小于我們?cè)O(shè)定的閾值，則排除這個(gè)候選區(qū)域并進(jìn)行下一次氣門(mén)孔查找，直到找到滿足低值像素個(gè)數(shù)的正確氣門(mén)孔位置，如圖5所示。

對(duì)于氣門(mén)孔的直徑，因?yàn)楣I(yè)制造上它的大小都是在特定范圍內(nèi)，所以可以人為把它設(shè)為輪轂外直徑的1/25，以防止氣門(mén)孔的內(nèi)孔干擾對(duì)氣門(mén)孔直徑檢測(cè)的影響。如圖6所示，圖6a為輪轂氣門(mén)孔原圖，圖6b是實(shí)際檢測(cè)出的氣門(mén)孔，圖6c是人為設(shè)定直徑后的氣門(mén)孔大小。