[发明专利]一种基于任意模板匹配的激光切割视觉定位方法

权利要求书

1.一种基于任意模板匹配的激光切割视觉定位方法，包括横梁、切割头、相机，切割头(3)的顶部连接横梁(1)，位于切割头(3)的一侧连接相机(2)，其特征在于：具体视觉定位方法如下：

S1：开始；

S2：判断是否首次进行视觉定位，是则固定好相机位置；否则跳转至S6；

S3：固定好相机位置；

S4：分别测量出切割头光斑中心C到相机感光芯片正中心D在XY方向的距离DX，DY；

S5：分别测量出每个像素在X、Y方向对应机械长度PX，PY，即像素长度；

S6：从相机获取的图像中截取含有mark点图案的部分作为模板并保存；

S7：移动相机至某个mark点的上方，记录切割头光斑中心C位置的机械坐标(CX，CY)，通过图像处理算法和模板匹配的方法计算出视野中mark点中心位置(X1，Y1)；

S8：根据(X1，Y1)、(CX，CY)、PX、PY、DX、DY计算出当前视野范围内的mark点中心的机械坐标(MX，MY)；

S9：判断mark点是否全部定位完毕，是则结束；否则跳转至S7。

2.根据权利要求1所述的一种基于任意模板匹配的激光切割视觉定位方法，其特征在于：所述的相机(2)为130w像素、搭配50mm焦距镜头的工业相机。

3.根据权利要求1所述的一种基于任意模板匹配的激光切割视觉定位方法，其特征在于：所述的S5中的像素长度是指每个像素对应的实际长度；具体方法是：

S51：先测出像素在相机X和Y方向视野长度LX和LY，记像素在X和Y方向像素分辨率分别为SX和SY；

S52：那么X和Y方向像素长度PX＝LX/SX，PY＝LY/SY。

4.根据权利要求1所述的一种基于任意模板匹配的激光切割视觉定位方法，其特征在于：所述的S6中，从拍摄的mark点图案中，截取包含mark点的部分图像作为模板，mark点可以是任何形状的，将mark点模板保存到计算机。

5.根据权利要求1所述的一种基于任意模板匹配的激光切割视觉定位方法，其特征在于：所述的S8中的计算过程如下：

S81：首先分别计算mark点中心到视野中心X和Y方向距离PX*X1和PY*Y1；

S82：计算视野中心位置的机械坐标(CX+DX，CY+DY)；

S83：计算出图像中mark点中心的机械坐标(CX+DX+PX*X1，CY+DY+PY*Y1)。

6.根据权利要求1所述的一种基于任意模板匹配的激光切割视觉定位方法，其特征在于：所述的S7中通过图像处理算法和模板匹配的方法计算mark点中心像素坐标的过程为加快处理的速度，主要过程分为离线阶段及在线阶段。

7.根据权利要求6所述的一种基于任意模板匹配的激光切割视觉定位方法，其特征在于：所述的离线阶段的具体过程如下：

S11：开始；

S12：从计算机里面读取S6保存的模板图像；

S13：模板图像按照一定步进角度绕模板中心依次旋转，得到旋转不同角度后的所有图像；

S14：分别计算所有旋转后的模板梯度方向图；

S15：计算完所有梯度方向图后，将它们存储在一个表里面，建立按角度索引的模板梯度方向表T(θ)，其中，θ是指旋转的角度；

S16：结束。

8.根据权利要求6所述的一种基于任意模板匹配的激光切割视觉定位方法，其特征在于：所述的S14中计算所有旋转后的模板梯度方向图的具体计算如下：记图像中的像素灰度值为I(x,y)，其中，x代表列，y代表行；则图像中某点(x,y)的X和Y方向的梯度值分别为G_x＝I(x,y)-I(x-1,y)；G_y＝I(x,y)-I(x,y-1)；那么图像的梯度方向值为φ(x,y)＝arctan(G_x/G_y)；按照上述公式计算图像中所有点的φ(x,y)，得到图像梯度方向图。

9.根据权利要求6所述的一种基于任意模板匹配的激光切割视觉定位方法，其特征在于：所述的在线阶段的具体过程如下：

S21：输入一帧相机采集的含有mark点的图像；

S22：计算梯度方向图G1；

S23：在梯度方向模板表里逐个进行匹配，即依次将T(θ)和G1进行模板匹配，计算出最相似的位置，即

S24：最相似位置即为mark点的中心位置，即找出最大的R(x,y,θ)，此时的(x,y)即为相机采集图像的mark点中心位置坐标。