[发明专利]手表外壳工件的正反姿态判断的单目机器视觉方法

权利要求书

1.手表壳工件的正反姿态判断的单目机器视觉方法，其特征在于：具体步骤如下：

(1)搭建机器视觉硬件系统

机器视觉硬件系统由黑箱、相机、环形光源、手表壳和载物盘组成，黑箱为中部空心结构，相机架设于黑箱上，相机镜头对准黑箱内底部，相机四周设有环形光源，黑箱内底部设有载物盘，手表壳放置于载物盘上，相机镜头对准手表壳表面；机器视觉硬件系统对于手表壳工件的拍照角度是能完全展示工件外形轮廓的俯视图，另外，工件的主体颜色应当与背景颜色有较为明显的区分；其中：黑箱为遮光部分，能够减少外界环境对拍照环境的影响，拍照环境单独提供光源为光照部分，保证工件的亮度，环形光源为光源系统，为相机获取图像创造指定的拍摄环境，相机得到的图像信息输入到图像处理设备中，进行图像信息的处理与分析，从而得到所需要的结果；

(2)工件正反姿态的特征分析

手表壳四个支撑脚并非平面，为具有一定弧度的曲面；此外，当手表壳正面朝上时，该曲面上凸，而手表壳反面朝上时，该曲面上凹；

利用手表壳的共性，根据光源投出的光近似于平行光，故在手表壳为正时，由于四个角的曲面上凸，导致部分光线向表壳外侧方向散射，无法反射至相机镜头的位置，只有少数光线能反射至相机镜头的位置被相机捕捉；而当手表壳为反时，由于四个角的曲面上凹，故光线大部分会向表壳内侧反射，光线聚焦于相机镜头的位置，因此相机能捕捉到大部分光线；这一现象最终呈现在图像上的效果就是，当手表壳为正时，四个角较暗；而当手表壳为反时，四个角较亮；

(3)图像的灰度直方图分析

首先拍摄得到的姿态分别为手表壳为正和手表壳为反的两张初始输入图像，然后将其灰度化，分别得到I_{gray_z}和I_{gray_f}；对两张灰度图像进行直方图分析，可以判断出手表壳姿态为正时，四个支撑脚所占据的灰度区间[gray_z1，gray_z2]，以及手表壳姿态为反时四个支撑脚所占据的灰度区间[gray_f1，gray_f2]；手表壳为正和手表壳为反所得的区间是有明显的区别和断层的，即gray_z2＜＜gray_f1；

(4)工件图像的几何中心(x_c，y_c)的确定

(i).当工件的俯视图不具有明显的规则几何特征时，先将姿态为正的工件图像灰度化后再进行直方图分析，找出区分工件与背景的阈值，利用阈值将图像进行二值化，从而将工件与背景区分开，得到原图像的二值图I_binary，并利用二值图求取工件的中心；

(ii).当工件的俯视图具有明显的规则几何特征时，如工件本身几何中心与工件某一部分圆的圆心重合，或者几何中心与某对角线交点重合，则可以提取这些特殊的标准图形，从而更为准确地得到几何中心；

(5)根据直方图分析对图像二值化

根据式1选取灰度值作为阈值，对待判断工件正反的图像进行二值化，得到I_binary；

以工件的几何中心(x_c，y_c)为原点，设定半径和宽度适当的判断圆环；该圆环半径的选择原则是大小正好与手表壳的四个支撑脚相交，而不与手表壳主体相交；针对图像I_binary，在所设定的判断圆环区域内进行像素点扫描，若圆环内所有像素点灰度值均为0(即圆环内所有像素点均为黑色)，则判定该图像对应的表壳姿态为正；反之，姿态为反。