基于機(jī)器視覺的石材大板表面輪廓尺寸獲取系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于機(jī)器視覺的石材大板表面輪廓尺寸獲取系統(tǒng)及其方法。所述系統(tǒng)包括視覺信息采集工作臺(tái)、視覺信息采集部和視覺檢測模塊；所述視覺信息采集工作臺(tái)上安裝所述視覺信息采集部；所述視覺信息采集部在線、非接觸獲取石材大板的彩色圖像和深度信息；所述視覺檢測模塊，用于對(duì)視覺信息采集部獲取的彩色圖像和深度信息，進(jìn)行特征分析與目標(biāo)檢測，識(shí)別出石材大板目標(biāo)區(qū)域，提取出石材大板的表面輪廓，并進(jìn)一步結(jié)合成像參數(shù)，獲取石材大板表面輪廓最大內(nèi)接矩形的長寬尺寸信息。本發(fā)明對(duì)形狀不規(guī)則的荒料大板，通過綜合利用采集到的石材大板圖像和深度信息，自動(dòng)提取石材大板的表面輪廓和尺寸。
【專利說明】
基于機(jī)器視覺的石材大板表面輪廓尺寸獲取系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說涉及一種石材大板加工生產(chǎn)線上的基于機(jī)器視覺的石材大板表面輪廓尺寸在線獲取系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石材作為建筑行業(yè)裝飾裝修的重要原材料，石材的利用率、生產(chǎn)效率和加工水平至關(guān)重要。意大利、美國、德國等國家的石材數(shù)控加工中心以其高質(zhì)量、高效率、高可靠性以及先進(jìn)的技術(shù)和實(shí)用性，成為世界領(lǐng)先技術(shù)的代表，但其高昂的價(jià)格阻礙了其在我國石材業(yè)的大力推廣。
[0003]石材行業(yè)在我國還是一個(gè)新興行業(yè)。近年來，隨著我國石材行業(yè)的快速發(fā)展，山東、福建、廣東等地一批石材加工企業(yè)注重技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品創(chuàng)新，在消化和吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)國產(chǎn)石材機(jī)械進(jìn)行升級(jí)改造，不斷提升市場競爭力。
[0004]但總的來說，我國石材加工設(shè)備及其應(yīng)用還有不足之處，與國際先進(jìn)水平還有一定差距。尤其是，作為石材加工生產(chǎn)過程首要步驟和關(guān)鍵工序的石材輪廓尺寸提取，目前我國還停留在傳統(tǒng)的手工測量水平，效率低下，成為阻礙石材加工技術(shù)發(fā)展的很大瓶頸，也是石材加工行業(yè)急需解決的技術(shù)難題。
[0005]我國沈陽建筑大學(xué)、浙江大學(xué)、天津大學(xué)、東南理工大學(xué)等對(duì)石材廓形尺寸在線檢測系統(tǒng)開展了一些研究工作，但石材大板輪廓尺寸在線測量系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備，國內(nèi)至今還未見到設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)的相關(guān)報(bào)導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種基于機(jī)器視覺的石材大板表面輪廓尺寸在線獲取系統(tǒng)及其方法，利用計(jì)算機(jī)視覺和圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)石材大板表面輪廓尺寸的低成本、非接觸、自動(dòng)、在線獲取。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的第一方面是提供一種基于機(jī)器視覺的石材大板表面輪廓尺寸獲取系統(tǒng)，其特征在于，包括:視覺信息采集工作臺(tái)、視覺信息采集部和視覺檢測模塊；
[0008]所述視覺信息采集工作臺(tái)上安裝所述視覺信息采集部；
[0009]所述視覺信息采集部在線、非接觸獲取石材大板的彩色圖像和深度信息；
[0010]所述視覺檢測模塊，用于對(duì)視覺信息采集部獲取的彩色圖像和深度信息，進(jìn)行特征分析與目標(biāo)檢測，識(shí)別出石材大板目標(biāo)區(qū)域，提取出石材大板的表面輪廓，并進(jìn)一步結(jié)合成像參數(shù)，獲取石材大板表面輪廓最大內(nèi)接矩形的長寬尺寸信息。
[0011 ]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的第二方面是提供一種
[0012]基于機(jī)器視覺的石材大板表面輪廓尺寸獲取方法，其特征在于，包括:
[0013]步驟1:建立二維圖像石材大板像素坐標(biāo)與三維世界物理尺寸的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系，并進(jìn)行預(yù)處理；
[0014]步驟2:圖像與深度信息采集器始終處于工作狀態(tài)，在照明裝置的光源照射下，圖像與深度信息采集器以預(yù)定的幀率獲取下方區(qū)域的彩色圖像和深度信息；
[0015]步驟3:當(dāng)有新的石材大板出現(xiàn)在托盤上，且托盤滿足傳送條件時(shí)，啟動(dòng)托盤，托盤承載著石材大板在水平面上勻速前進(jìn)；當(dāng)石材大板經(jīng)過石材檢測儀上方時(shí)，石材檢測儀檢測到有石材大板出現(xiàn)，輸出開關(guān)控制信號(hào)，并發(fā)送給圖像與深度信息采集器；
[0016]步驟4:在石材檢測儀開關(guān)控制信號(hào)的觸發(fā)下，圖像與深度信息采集器輸出采集到的石材大板彩色圖像與深度信息，傳送給視覺檢測模塊進(jìn)行后續(xù)處理；
[0017]步驟5:將圖像與深度信息采集器獲取的石材大板深度信息生成一幅灰度圖像，通過圖像分割方法，在深度信息生成的灰度圖像中，提取出石材大板候選區(qū)域；
[0018]步驟6:以深度信息生成的灰度圖像提取出的石材大板候選區(qū)域?yàn)樗饕?，在圖像與深度信息采集器獲取的彩色圖像上，找到對(duì)應(yīng)區(qū)域。以該對(duì)應(yīng)區(qū)域?yàn)榉N子區(qū)域，在彩色圖像提取種子區(qū)域的顏色和紋理特征;利用石材大板區(qū)域顏色和紋理特征，對(duì)圖像作進(jìn)一步分析，在種子區(qū)域附近，提取出石材大板精確的目標(biāo)區(qū)域，進(jìn)而得到石材大板的表面輪廓；
[0019]步驟7:基于石材大板的表面輪廓，計(jì)算求取石材大板表面輪廓的最大內(nèi)接矩形，結(jié)合步驟I中建立的二維圖像石材大板像素坐標(biāo)與三維世界物理尺寸的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系，進(jìn)而獲取石材大板表面輪廓最大內(nèi)接矩形的長度和寬度尺寸信息。
[0020]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的石材大板表面輪廓尺寸在線獲取系統(tǒng)及其方法，以機(jī)器視覺與圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)，采用當(dāng)前先進(jìn)的圖像與深度信息采集器，通過彩色圖像與深度信息相結(jié)合的方法來提取石材大板表面輪廓尺寸，以在線、非接觸測量的方式，獲取高精度的石材大板表面輪廓尺寸。系統(tǒng)安裝方便，操作簡單，成本低廉，一次投入便可長期有效，不僅可在線獲取石材大板的表面輪廓尺寸，而且實(shí)現(xiàn)了非接觸、自動(dòng)測量，易于與優(yōu)化排樣等石材檢測加工后續(xù)工序相連接，為實(shí)現(xiàn)石材大板檢測切割整條生產(chǎn)線的全自動(dòng)化提供了重要支撐。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明中基于機(jī)器視覺的石材大板表面輪廓尺寸獲取系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖2是本發(fā)明中基于機(jī)器視覺的石材大板表面輪廓尺寸獲取系統(tǒng)的系統(tǒng)側(cè)視示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明中基于機(jī)器視覺的石材大板表面輪廓尺寸獲取系統(tǒng)的系統(tǒng)前視示意圖；
[0024]圖4是本發(fā)明中基于機(jī)器視覺的石材大板表面輪廓尺寸獲取系統(tǒng)的系統(tǒng)仰視示意圖；
[0025]圖5是本發(fā)明中基于機(jī)器視覺的石材大板表面輪廓尺寸獲取方法的方法流程圖。
[0026]附圖中主要標(biāo)號(hào)說明
[0027]1:視覺信息采集工作臺(tái)；11:石材大板傳送裝置及其機(jī)械支撐機(jī)構(gòu)；
[0028]111:滾床機(jī);112:托盤;113:驅(qū)動(dòng)電機(jī);12:視覺信息采集部機(jī)械支撐機(jī)構(gòu)；
[0029]2:視覺信息采集部;21:圖像與深度信息采集器;22:照明裝置；
[0030]23:石材檢測儀；
[0031]3:視覺檢測模塊；
[0032]4:石材大板。
【具體實(shí)施方式】
[0033]為了實(shí)現(xiàn)石材大板表面輪廓尺寸的在線測量，本發(fā)明采用機(jī)器視覺技術(shù)，采集石材大板的圖像和深度信息，并利用圖像處理技術(shù)，完成表面輪廓尺寸的在線提取。該系統(tǒng)具有成本低、非接觸、自動(dòng)測量的特點(diǎn)，不僅可用于石材的測量與切割加工生產(chǎn)線，也可用于鋼板等板型物體的測量與切割加工生產(chǎn)線。
[0034]本發(fā)明提出的一種基于機(jī)器視覺的石材大板表面輪廓尺寸獲取系統(tǒng)及方法，可廣泛用于石板材信息的自動(dòng)獲取以及石板材的自動(dòng)加工生產(chǎn)線。下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)行具體說明。
[0035]如圖1所示，本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的石材大板表面輪廓尺寸在線獲取系統(tǒng)包括視覺信息采集工作臺(tái)1、視覺信息采集部2和視覺檢測模塊3。
[0036]如圖2和圖3示出了視覺信息采集工作臺(tái)I的示意圖，所述視覺信息采集工作臺(tái)I，包括石材大板傳送裝置及其機(jī)械支撐機(jī)構(gòu)11、視覺信息采集部機(jī)械支撐機(jī)構(gòu)12。其中，石材大板傳送裝置及其機(jī)械支撐機(jī)構(gòu)11，包括滾床機(jī)111、托盤112和驅(qū)動(dòng)電機(jī)113。
[0037]滾床機(jī)111位于地面上，具有一定的長度、寬度和高度。托盤112通過雙鏈輪積放式摩擦輥輸送線放置在滾床機(jī)111上方，托盤112水平放置，其上方可承載石材大板4。在驅(qū)動(dòng)電機(jī)113的驅(qū)動(dòng)下，托盤112承載著石材大板4，在水平面上沿著一定方向勻速運(yùn)動(dòng)。本實(shí)施案例中，托盤112承載著石材大板4，按如圖2所示的前進(jìn)方向作水平勻速運(yùn)動(dòng)。
[0038]當(dāng)上料工位石材大板4供料不足，托盤112處于當(dāng)前上料工位靜止不動(dòng)，等待上料；當(dāng)后續(xù)的石材加工生產(chǎn)線忙碌時(shí)，托盤112在當(dāng)前工位也處于靜止不動(dòng)狀態(tài);若有石材大板4出現(xiàn)在此視覺檢測工位，且后續(xù)的石材加工生產(chǎn)線處于等待狀態(tài)時(shí)，托盤112承載著石材大板4在水平面上勻速前進(jìn)。托盤112靜止不動(dòng)或者作勻速前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，可通過人工放行方式或自動(dòng)檢測設(shè)備來控制。本實(shí)施案例中，采用人工放行方式控制托盤112的運(yùn)動(dòng)與靜止。
[0039]視覺信息采集部機(jī)械支撐機(jī)構(gòu)12為放置于地面上的固定支架，呈倒立的凹型，視覺信息采集部機(jī)械支撐機(jī)構(gòu)12由左右兩側(cè)支架與頂梁共同組成，左右兩側(cè)支架與頂梁之間通過固定角板連接，頂梁與托盤112的前進(jìn)方向垂直，如圖2所示。
[0040]視覺信息采集部2安裝在視覺信息采集工作臺(tái)I上，包括圖像與深度信息采集器21、照明裝置22和石材檢測儀23。
[0041]圖像與深度信息采集器21安裝在視覺信息采集部機(jī)械支撐機(jī)構(gòu)12的頂梁的側(cè)面，圖像與深度信息采集器21的彩色攝像機(jī)成像光軸和深度傳感器光軸都垂直指向下方，且彩色攝像機(jī)成像光軸和深度傳感器光軸位于同一平面內(nèi)，即成像光軸和深度傳感器光軸所在平面與石材大板4所在平面垂直，同時(shí)也與托盤112所在平面垂直。圖像與深度信息采集器21在系統(tǒng)開啟后，始終處于工作狀態(tài)，以一定的幀率采集下方區(qū)域的圖像。
[0042]本實(shí)施案例中，該圖像與深度信息采集器21采用商用的Kinect2.0傳感器，該傳感器集成了彩色攝像頭和深度攝像頭，可同時(shí)獲取視野范圍內(nèi)的彩色圖像和深度信息，并可輸出已空間配準(zhǔn)好的彩圖圖像和深度信息。Kinect2.0的彩色攝像頭空間分辨率較高，因此可獲取高分辨率的彩色圖像。Kinect2.0輸出的已完成空間配準(zhǔn)的彩色圖像和深度信息，共同構(gòu)成視覺檢測模塊3的處理與分析對(duì)象。
[0043]照明裝置22安裝在視覺信息采集部機(jī)械支撐機(jī)構(gòu)12的頂梁的下表面，如圖4所示。本實(shí)施案例中，照明裝置22采用LED條形光源，LED條形光源安裝方向與視覺信息采集部機(jī)械支撐機(jī)構(gòu)12的頂梁方向一致。照明裝置22發(fā)射出的光束照射到石材大板4上，用于為圖像與深度信息采集器21的彩色攝像頭成像提供照明，以使得圖像與深度信息采集器21獲取清晰的石材大板彩色圖像。
[0044]石材檢測儀23安裝在滾床機(jī)111上，當(dāng)托盤112承載著石材大板4勻速前進(jìn)時(shí)，會(huì)經(jīng)過石材檢測儀23的上方，如圖2所示。石材檢測儀23用于判斷是否有石材大板4出現(xiàn)。因石材大板4是由托盤112承載著在水平面上勻速前進(jìn)的，若有石材大板4出現(xiàn)在成像視野范圍內(nèi)，則必然是石材大板4和托盤112同時(shí)出現(xiàn)。當(dāng)石材檢測儀23檢測到有托盤112承載著石材大板4經(jīng)過時(shí)，輸出開關(guān)控制信號(hào)，觸發(fā)圖像與深度信息采集器21輸出石材大板的彩色圖像和深度信息。
[0045]本實(shí)施案例中，石材檢測儀23采用反射式光電傳感器，該反射式光電傳感器自帶一個(gè)光源和一個(gè)光接收裝置，光源發(fā)出的光經(jīng)過待測物體的反射被光敏元件接收，再經(jīng)過相關(guān)電路的處理得到所需要的信息，用來檢測是否有托盤112承載著石材大板4經(jīng)過。當(dāng)石材檢測儀23上方?jīng)]有任何物體時(shí)，石材檢測儀23自帶光源發(fā)出的光，其光接收裝置是收不到的；當(dāng)托盤112承載著石材大板4經(jīng)過石材檢測儀23上方時(shí)，石材檢測儀23自帶光源發(fā)出的光，被托盤112和石材大板4擋住了光，并把光部分反射回來，此時(shí)石材檢測儀23的光接收裝置就收到光信號(hào)，輸出一個(gè)開光控制信號(hào)。
[0046]視覺檢測模塊3，主要用于視覺信息的存儲(chǔ)、視覺信息的分析處理、石材大板輪廓提取與尺寸計(jì)算。視覺檢測模塊3既包括支撐視覺信息存儲(chǔ)和計(jì)算的硬件單元，也包括專門用于石材大板表面輪廓提取與尺寸計(jì)算的視覺處理算法。視覺檢測模塊3利用機(jī)器視覺技術(shù)，綜合利用石材大板彩色圖像和深度信息，識(shí)別出石材大板目標(biāo)區(qū)域，提取出石材大板的表面輪廓，并在基礎(chǔ)上結(jié)合已離線標(biāo)定好的攝像頭成像參數(shù)，計(jì)算得到石材大板表面最大內(nèi)接矩形的長、寬尺寸。
[0047]如圖5示出本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的石材大板表面輪廓尺寸在線獲取系統(tǒng)及其方法的流程圖。首先是石材檢測儀23檢測到有石材大板4出現(xiàn)時(shí)，輸出開關(guān)控制信號(hào)，觸發(fā)圖像與深度采集器將獲取的石材大板彩色圖像和深度信息送往視覺檢測模塊3，然后視覺檢測模塊3對(duì)石材大板圖像和深度進(jìn)行分析處理，得到石材大板的表面輪廓和表面最大內(nèi)接矩形的長、寬尺寸。具體實(shí)現(xiàn)如下:
[0048]步驟1:為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的視覺檢測目的，首先需要建立二維圖像石材大板像素坐標(biāo)與三維世界物理尺寸的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系，并消除鏡頭畸變、相機(jī)內(nèi)部參數(shù)不一致、環(huán)境等諸多干擾因素的影響。為此，在基于機(jī)器視覺的石材大板表面輪廓尺寸在線獲取系統(tǒng)安裝完成后，預(yù)先對(duì)圖像和深度信息采集器21(8卩Kinect2.0)的彩色攝像頭進(jìn)行離線標(biāo)定，計(jì)算出彩色攝像頭的內(nèi)參數(shù)(焦距和成像原點(diǎn))、外參數(shù)(標(biāo)定物的世界坐標(biāo))，以及攝像頭畸變參數(shù)，進(jìn)而為石材大板表面輪廓尺寸的計(jì)算提供支撐。
[0049]攝像頭標(biāo)定是計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的傳統(tǒng)問題，方法已經(jīng)比較成熟。本實(shí)施案例中，采用離線相機(jī)標(biāo)定方式，通過經(jīng)典的棋盤格方形標(biāo)定板，來實(shí)現(xiàn)攝像頭的標(biāo)定。攝像頭內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)的求解，采用經(jīng)典的張正友標(biāo)定法。攝像頭畸變參數(shù)的求解，采用基于Brown的方法。
[0050]步驟2:基于機(jī)器視覺的石材大板表面輪廓尺寸在線獲取系統(tǒng)啟動(dòng)后，圖像與深度信息采集器21始終處于工作狀態(tài)，在照明裝置22的光源照射下，圖像與深度信息采集器21以預(yù)定的幀率獲取下方區(qū)域的彩色圖像和深度信息。
[0051 ]步驟3:當(dāng)有新的石材大板4出現(xiàn)在托盤112上，且托盤112滿足傳送條件時(shí)，人工啟動(dòng)托盤112，托盤112承載著石材大板4在水平上上勻速前進(jìn)。當(dāng)托盤112承載著石材大板4經(jīng)過石材檢測儀23上方時(shí)，石材檢測儀23檢測到有石材大板4出現(xiàn)，輸出開關(guān)控制信號(hào)，并發(fā)送給圖像與深度信息采集器21。
[0052]當(dāng)托盤112承載著石材大板4離開石材檢測儀23后，若石材檢測儀檢測到有新的石材大板出現(xiàn)，則再次輸出開關(guān)控制信號(hào)，并發(fā)送給圖像與深度信息采集器21，觸發(fā)圖像與深度信息采集器21對(duì)新獲取的彩色圖像與深度信息進(jìn)行輸出，并送往視覺檢測模塊3進(jìn)行處理。此過程循環(huán)進(jìn)行。
[0053]步驟4:圖像與深度信息采集器21，接收到石材檢測儀23的開關(guān)控制信號(hào)，說明此時(shí)托盤112承載著石材大板4正在經(jīng)過圖像與深度信息采集器21的下方區(qū)域，圖像與深度信息采集器21此時(shí)獲取的圖像與深度信息為包含石材大板的彩色圖像與深度信息。在石材檢測儀23開關(guān)控制信號(hào)的觸發(fā)下，圖像與深度信息采集器21輸出采集到的石材大板彩色圖像與深度信息，傳送給視覺檢測模塊3進(jìn)行后續(xù)處理。該石材大板彩色圖像與深度信息，已由圖像與深度信息采集器21完成了空間配準(zhǔn)。
[0054]步驟5:將圖像與深度信息采集器21獲取的石材大板深度信息生成一幅灰度圖像，該圖像的像素坐標(biāo)反映的是成像區(qū)域的空間位置，圖像的灰度反映的是像素坐標(biāo)位置處的深度信息，像素的灰度值越大表示該像素坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)位置處的深度值越大，像素灰度值越小則對(duì)應(yīng)的深度值越小。
[0055]兩個(gè)像素灰度值相等，說明這兩個(gè)像素所對(duì)應(yīng)位置在高度方向上與深度傳感器距離相等，即在同一高度平面上。若多個(gè)像素灰度值相等，則說明這多個(gè)像素所對(duì)應(yīng)位置在高度方向上與深度傳感器距離相等，即這些像素都在同一高度平面上。
[0056]根據(jù)前文所述的基于機(jī)器視覺的石材大板表面輪廓尺寸在線獲取系統(tǒng)的工作原理，可以得出，當(dāng)托盤112上承載著石材大板4在水平面上勻速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過圖像與深度信息采集器21下方區(qū)域時(shí)，石材大板4表面的各個(gè)位置處于同一高度平面上，石材大板4表面與滾床機(jī)111、托盤112分別處于不同的高度，也即，在深度信息生成的灰度圖像上，石材大板4表面具有與滾床機(jī)111、托盤112不同的像素灰度值。因此，可通過圖像分割方法，從深度信息生成的灰度圖像中，提取出石材大板候選區(qū)域。
[0057]步驟6:以深度信息生成的灰度圖像提取出的石材大板候選區(qū)域?yàn)樗饕?，在圖像與深度信息采集器21獲取的彩色圖像上，找到對(duì)應(yīng)區(qū)域。以該對(duì)應(yīng)區(qū)域?yàn)榉N子區(qū)域，在高分辨彩色圖像提取種子區(qū)域的顏色、紋理等特征。利用石材大板區(qū)域顏色和紋理特征具有自相似性的特點(diǎn)，對(duì)高分辨率彩色圖像作進(jìn)一步分析，在種子區(qū)域附近，提取出石材大板更為精確的目標(biāo)區(qū)域，從而得到石材大板的表面輪廓。
[0058]步驟7:基于石材大板的表面輪廓，計(jì)算求取石材大板表面輪廓的最大內(nèi)接矩形，結(jié)合步驟I標(biāo)定好的攝像頭內(nèi)外參數(shù)和畸變參數(shù)，獲取石材大板表面輪廓最大內(nèi)接矩形的長度和寬度尺寸信息。
[0059]以上所述，僅為本發(fā)明中的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于機(jī)器視覺的石材大板表面輪廓尺寸獲取系統(tǒng)，其特征在于，包括:視覺信息采集工作臺(tái)、視覺信息采集部和視覺檢測模塊； 所述視覺信息采集工作臺(tái)上安裝所述視覺信息采集部； 所述視覺信息采集部在線、非接觸獲取石材大板的彩色圖像和深度信息； 所述視覺檢測模塊，用于對(duì)視覺信息采集部獲取的彩色圖像和深度信息，進(jìn)行特征分析與目標(biāo)檢測，識(shí)別出石材大板目標(biāo)區(qū)域，提取出石材大板的表面輪廓，并進(jìn)一步結(jié)合成像參數(shù)，獲取石材大板表面輪廓最大內(nèi)接矩形的長寬尺寸信息。2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述視覺信息采集工作臺(tái)包括:石材大板傳送裝置及其機(jī)械支撐機(jī)構(gòu);所述石材大板傳送裝置及其機(jī)械支撐機(jī)構(gòu)包括滾床機(jī)、托盤和驅(qū)動(dòng)電機(jī)； 滾床機(jī)位于地面上，托盤水平放置在滾床機(jī)上，托盤上表面用于承載石材大板;在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，托盤承載著石材大板，在水平面上沿著預(yù)定方向勻速運(yùn)動(dòng)。3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述視覺信息采集工作臺(tái)還包括視覺信息采集部機(jī)械支撐機(jī)構(gòu)； 所述視覺信息采集部包括圖像與深度信息采集器、照明裝置和石材檢測儀； 圖像與深度信息采集器，安裝在視覺信息采集部機(jī)械支撐機(jī)構(gòu)的頂部側(cè)面，用于采集石材大板的彩色圖像和深度信息； 照明裝置安裝于視覺信息采集工作臺(tái)的內(nèi)頂面或內(nèi)側(cè)面上，照明裝置發(fā)射出的光束照射到石材大板上，用于為圖像與深度信息采集器對(duì)石材大板成像提供照明，以便于圖像與深度信息采集器獲取清晰的石材大板彩色圖像； 石材檢測儀安裝于滾床機(jī)上，用于檢測是否有石材大板出現(xiàn)。4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像與深度信息采集器，集成了彩色攝像機(jī)和深度信息傳感器，位于滾床機(jī)的上方;所述圖像與深度信息采集器的彩色攝像機(jī)成像光軸和深度傳感器光軸都垂直指向下方，且彩色攝像機(jī)成像光軸和深度傳感器光軸位于同一平面內(nèi)，即彩色攝像機(jī)成像光軸和深度傳感器光軸所在平面與石材大板所在平面垂直。5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，圖像與深度信息采集器以預(yù)定的幀率同步采集石材大板的彩色圖像和深度信息；當(dāng)有石材大板經(jīng)過石材檢測儀時(shí)，石材檢測儀檢測到有石材大板出現(xiàn)，產(chǎn)生開關(guān)控制信號(hào)，并傳送給圖像與深度信息采集器，觸發(fā)圖像與深度信息采集器，將獲取的石材大板彩色圖像和深度信息傳輸給視覺檢測模塊。6.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述石材檢測儀采用反射式光電傳感器，該反射式光電傳感器自帶一個(gè)光源和一個(gè)光接收裝置，光源發(fā)出的光經(jīng)過待測物體的反射被光敏元件接收，再經(jīng)過相關(guān)電路的處理得到所需要的信息，用來檢測是否有托盤承載著石材大板4經(jīng)過。7.一種基于機(jī)器視覺的石材大板表面輪廓尺寸獲取方法，其特征在于，包括: 步驟1:建立二維圖像石材大板像素坐標(biāo)與三維世界物理尺寸的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系，并進(jìn)行預(yù)處理； 步驟2:圖像與深度信息采集器始終處于工作狀態(tài)，在照明裝置的光源照射下，圖像與深度信息采集器以預(yù)定的幀率獲取下方區(qū)域的彩色圖像和深度信息； 步驟3:當(dāng)有新的石材大板出現(xiàn)在托盤上，且托盤滿足傳送條件時(shí)，啟動(dòng)托盤，托盤承載著石材大板在水平面上勻速前進(jìn)；當(dāng)石材大板經(jīng)過石材檢測儀上方時(shí)，石材檢測儀檢測到有石材大板出現(xiàn)，輸出開關(guān)控制信號(hào)，并發(fā)送給圖像與深度信息采集器； 步驟4:在石材檢測儀開關(guān)控制信號(hào)的觸發(fā)下，圖像與深度信息采集器輸出采集到的石材大板彩色圖像與深度信息，傳送給視覺檢測模塊進(jìn)行后續(xù)處理； 步驟5:將圖像與深度信息采集器獲取的石材大板深度信息生成一幅灰度圖像，通過圖像分割方法，在深度信息生成的灰度圖像中，提取出石材大板候選區(qū)域； 步驟6:以深度信息生成的灰度圖像提取出的石材大板候選區(qū)域?yàn)樗饕?，在圖像與深度信息采集器獲取的彩色圖像上，找到對(duì)應(yīng)區(qū)域。以該對(duì)應(yīng)區(qū)域?yàn)榉N子區(qū)域，在彩色圖像提取種子區(qū)域的顏色和紋理特征;利用石材大板區(qū)域顏色和紋理特征，對(duì)圖像作進(jìn)一步分析，在種子區(qū)域附近，提取出石材大板精確的目標(biāo)區(qū)域，進(jìn)而得到石材大板的表面輪廓； 步驟7:基于石材大板的表面輪廓，計(jì)算求取石材大板表面輪廓的最大內(nèi)接矩形，結(jié)合步驟I中建立的二維圖像石材大板像素坐標(biāo)與三維世界物理尺寸的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系進(jìn)而獲取石材大板表面輪廓最大內(nèi)接矩形的長度和寬度尺寸信息。8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟I進(jìn)一步包括: 對(duì)圖像和深度信息采集器的彩色攝像機(jī)進(jìn)行離線標(biāo)定，計(jì)算出彩色攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)、外參數(shù)以及攝像機(jī)畸變參數(shù)。9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在步驟4中，在深度信息生成的灰度圖像上，根據(jù)石材大板表面具有與滾床機(jī)、托盤不同的像素灰度值，提取出石材大板候選區(qū)域。10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在步驟6中，利用已離線標(biāo)定好的攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)、外參數(shù)和畸變參數(shù)，獲取石材大板表面輪廓最大內(nèi)接矩形的長度和寬度尺寸信息。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK106052586SQ201610579305
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月21日 公開號(hào)201610579305.1, CN 106052586 A, CN 106052586A, CN 201610579305, CN-A-106052586, CN106052586 A, CN106052586A, CN201610579305, CN201610579305.1
【發(fā)明人】張吉祥, 王彥情, 崔曉光
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所