[发明专利]基于视觉的成捆圆钢端面中心坐标的获取系统和方法

摘要

一种基于视觉的成捆圆钢端面中心坐标的获取系统，所述系统包括CCD相机，光源，安装有图像存储和处理程序的计算机和标定板。以及使用所述系统基于视觉的成捆圆钢端面中心坐标的获取方法。本系统和方法在现有的机器视觉的基础上，组建了一套能对圆钢端面进行自动识别，进而检测出圆钢端面中心点坐标的视觉系统，可以提高贴标系统的可靠性和贴标作业的质量。

主权项

一种基于视觉的成捆圆钢端面中心坐标的获取方法，该方法采用的系统包括CCD相机，光源，安装有图像存储和处理程序的计算机和标定板，所述光源为环形阵列光源，中间开有放置CCD相机的孔，CCD相机放置在环形阵列光源中心孔位置，且正对着成捆圆钢端面，保证成捆圆钢端面在CCD相机的焦距范围内，安装有图像存储和处理程序的计算机布置在不遮挡CCD相机采集图像的位置，CCD相机和光源分别通过通信电缆与安装有图像存储和处理程序的计算机连接在一起，标定板布置在与成捆圆钢端面对齐的平面上，且保证标定板垂直于水平面，所述方法包括如下步骤：1、保证成捆圆钢的端面与CCD相机的光轴中心垂直，采集待检测成捆圆钢端面图像；2、对采集的成捆圆钢端面图像应用平均值法进行灰度处理；3、对灰度处理后的成捆圆钢端面图像应用中值滤波法进行图像去噪，改善图像的质量；4、对改善后的图像采用高帽运算法进行图像增强，增强圆钢端面图像的局部图像信息，加强圆钢端面与背景物的对比度；5、对图像增强后的圆钢端面图像采用最大方差阈值分割法进行二值化处理，使灰度图像变为只有黑白两种颜色的二值图像；6、消除二值图像中不是目标物的背景图像：通过实际测量确定出圆钢端面在CCD相机像平面上所占有像素个数的范围R，在进行完图像二值化后，统计监测出每块白色区域所占像素的个数，如果像素个数在范围R内就保留此区域，否则就去除；7、对只有圆钢端面图像的图片采用分水岭分割算法进行图像分割，使粘连在一起的多个圆钢端面分割开来；8、对分割后的图像进行边缘检测：首先，针对圆钢端面图像的特点，设计盘型结构元素，对分割后的圆钢端面的二值图像进行一次腐蚀操作，腐蚀后得到图像I，再对分割后的圆钢端面的二值图像进行一次膨胀操作，膨胀后得到图像J，然后将膨胀后得到的图像J减去腐蚀后得到的图像I得到的图像即为阶梯图像K，最后对阶梯图像K进行细化，得到细化后的图像；9、对边缘检测后的圆钢端面图像运用质心法进行中心定位，得到每个圆钢端面中心点的像素坐标；10、通过采用张正友标定法对CCD相机进行标定，进而由圆钢端面中心像素坐标得到圆钢端面中心的世界坐标，本标定方法的步骤如下：1）本标定所采用的标定板为尺寸30mm×30mm的棋盘格，固定CCD相机的位置保持不变，首先将标定板垂直于水平面放置，标定板上下两边平行于水平面且保证标定板和圆钢端面位于同一平面内，在该位置拍摄一幅标定板平面图像，然后再转动标定板的方向拍摄三幅不同位置的标定板平面图像，利用张正友标定法就可以求出CCD相机的内参数；2）因为拍摄时第一张图与圆钢端面是齐平的，定义该标定板左上角点的世界坐标的原点，且世界坐标的Z面在标定板上，Z轴垂直于左上角点；3）运用MATLAB中自带的张正友的标定工具箱标定后得到CCD相机的内参数和对应的第一幅标定板的外参数；4）由处理后得到的圆钢端面图像，可求出圆钢中心像素坐标；由以上步骤提取的四根圆钢的中心点1、2、3、4像素坐标为：(u1,v1)、(u2,v2)、(u3,v3)和(u4,v4)，然后将求出的相机的内外参数以及各圆钢端面中心点坐标代入公式，其中，（u,v）为待测目标点的像素坐标，（x,y）为待测目标点的世界坐标，s为一任意的非零尺度因子，旋转矩阵R’=[r1r2]与平移向量t称为CCD相机外部参数，A为CCD相机内部参矩阵，定义为，其中，（u0，v0）为主点坐标，ax、ay分别是ｕ轴和v轴的尺度因子，r是u轴和v轴的不垂直因子，得出圆钢端面1、2、3、4点所对应的世界坐标(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)和(x4,y4)。