[发明专利]一种面向齿形结构装配的齿顶圆提取算法

说明书

本发明公开了一种面向齿形结构装配的齿顶圆提取算法，包括S1：基于自适应阈值的曲率尺度空间(CSS)技术提取齿形结构的齿顶角点；S2：采用亚像素技术对齿顶角点精确定位；S3：采用超最小二乘法将齿顶点进行齿顶圆拟合，寻找一种理想的尺度归一化，消除最小二乘法二阶噪声项的统计偏差，进而提高齿顶圆精度与鲁棒性；S4：补偿镜头存在畸变时导致的椭圆准偏心误差并优化椭圆参数，本发明不仅可以提取包含全部轮齿图像的齿顶圆，对于轮齿存在遮挡的图像也能进行高精度检测，同时能够补偿透镜畸变产生的椭圆准偏心误差。

技术领域

本发明涉及一种齿顶圆提取算法，特别涉及一种面向齿形结构装配的齿顶圆提取算法，属于齿形结构装配的图像处理领域。

背景技术

随着数字化测量技术的兴起，基于机器视觉的数字化装配技术在工业领域已被广泛应用。齿轮作为传动装置中的关键零部件，具有较高的装配精度要求，在齿形结构的装配中，大多数采用的是人工装配法，对于航空航天领域的大尺寸齿形结构件，人工装配法效率低，人力资源消耗大，需要借助机器视觉技术测量出齿形结构的空间位姿，经过坐标系转换等过程计算出调姿机构的驱动量从而实现自动化装配。

因此，确有必要对传统图像处理算法进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向齿形结构装配的齿顶圆提取算法，以解决上述背景技术中提出的的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种面向齿形结构装配的齿顶圆提取算法，包括以下步骤：

S1：基于自适应阈值的曲率尺度空间(CSS)技术提取齿形结构的齿顶角点；

S2：采用亚像素技术对齿顶角点精确定位；

S3：采用超最小二乘法将齿顶点进行齿顶圆拟合，寻找一种理想的尺度归一化，消除最小二乘法二阶噪声项的统计偏差，进而提高齿顶圆精度与鲁棒性；

S4：补偿镜头存在畸变时导致的椭圆准偏心误差并优化椭圆参数。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S1包括以下内容：

a1：对输入图像Image_input进行自适应阈值的Canny边缘检测，得到边缘图像Canny_edge；

a2：在Canny_edge中进行环形(近似齿根圆至齿顶圆)掩膜，得到轮齿部分的感兴趣区域图像ROI_edge；

a3：在ROI_edge中提取齿顶轮廓，该轮廓是计算曲率并提取角点的前提，Canny边缘检测会造成部分轮廓丢失，需填充轮廓的间隙使其完整，由Canny连接而成的角点存储至Canny_Point(Canny连接角点)点集；

a4：计算在大尺度状态下各轮廓曲线上所有点的曲率，曲率最大值的点为候选角点，若该点曲率的绝对值为相邻点内最小曲率的k倍,则判定该点为正确角点，存储至Corner_Point(齿顶角点)点集；

a5：在小尺度状态下遍历Corner_Point中的所有点，剔除距离大于阈值t₁的点，以此获得更好的定位精度；

a6：对比Canny_Point和Corner_Point中的点，剔除距离小于阈值t₂的点，剩余的为最终齿顶角点，将其更新至Corner_Point点集。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤S2包括以下内容：

b1：使用二次多项式逼近角点反应函数R(x,y)进而获取亚像素角点坐标，二次多项式为：

R(x,y)＝a+bx+cy+dx²+exy+fy²；