專利名稱：自動灌裝桶的加注口快速視覺定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是圖像處理技術(shù)、智能優(yōu)化等領(lǐng)域，具體涉及的是一種自動灌裝桶的加注口快速視覺定位方法。
背景技術(shù)：
在石油、化工、醫(yī)療、飲料等生產(chǎn)領(lǐng)域中，桶裝液體的灌裝非常普遍。對于盛裝汽油、柴油等化工液體的偏心口容器，加注口的定位問題嚴重制約著灌裝過程的自動化。目 前，多數(shù)企業(yè)采用半自動方式，即人工定位桶口加注。這種方式既影響生產(chǎn)效率，又會因灌裝滲透能力較強劇毒液體如枝椒油、TDA、氰化鈉、氫氟酸等，危害操作人員的身體健康。機器視覺技術(shù)的應(yīng)用為加注口的視覺定位問題提供了有效的解決方案。工業(yè)桶的加注口一般為圓形，在數(shù)值圖像處理上，圓孔的識別常用Hough變換技 術(shù)，然后利用圓周和圓心之間的幾何關(guān)系，確定圓心在圖像中的位置。這種方法計算量大，處理速度慢；另外，由于圖像信息的數(shù)字化原因，通過圓周和圓心的幾何定位關(guān)系，會影響定位精度；此外，若加注口不是圓形，則這種方法無能為力。在模板匹配法和探測圓逐步逼近法中，有兩個問題難以解決(a)如何選擇模板(或圓)半徑，(b)尋優(yōu)算法如何確定，特別是尋優(yōu)算法會嚴重影響到定位速度和定位精度。而重心法則必須先在圖像上找到圓所在的最小范圍，因而在應(yīng)用中，傳統(tǒng)的重心定位方法受到諸多限制。因此，要提高加注口的定位速度和精度，必須采取新的定位方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本發(fā)明目的是在于提供一種定位精度高、定位速度快的自動灌裝桶的加注口快速視覺定位方法，解決了自動灌裝桶加注口的快速圖像定位問題，提高灌裝速度和自動灌裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)
自動灌裝桶的加注口快速視覺定位方法，其方法包括如下步驟
(1)二值圖像變換
如果CCD傳感器輸出為彩色圖像，先將彩色圖像的三原色紅、綠、藍像素值進行相加；若結(jié)果小于200，則令該處像素值為0，否則為255 ；
如果CCD傳感器輸出為灰度圖像，則灰度值小于66的像素值置為0，否則為255 ；
(2)統(tǒng)計像素值為0的像素個數(shù)N,其中,N^ 0,N為整數(shù)；同時將像素值為0的像素坐標分為行(y)、列(X)坐標分別進行累加求和，當所選圖像區(qū)域處理完后，其結(jié)果分別除以N，其對應(yīng)的坐標記為(x，y)；
(3)將二值圖像或經(jīng)步驟(2)處理后的二值圖像范圍的最大邊長進行縮小，以此邊長構(gòu)造一個圖像區(qū)域，其中心坐標為步驟(3)中計算所得到坐標(x，y)；(4)所得到坐標(x，y)精度的判斷在上述步驟(3)的圖像區(qū)域內(nèi)重復(2)的計算過程，直到連續(xù)兩次計算的(x，y)誤差小于精度要求為止，此時得到的像素坐標(x，y)即為加注口的中心像素坐標。為進一步提高定位精度，它還包括二值圖像處理步驟，它還包括二值圖像處理步驟，二值圖像經(jīng)步驟(I)后，如果二值圖像存在明顯的噪聲干擾，則對二值圖像進行腐蝕、膨脹處理。根據(jù)上述自動灌裝桶的加注口快速視覺定位方法，其中，上述步驟(3)中，所述圖像區(qū)域為正方形的圖像區(qū)域。根據(jù)上述自動灌裝桶的加注口快速視覺定位方法，其中，上述步驟(3)中，所述上一次圖像范圍的最大邊長進行縮小為原來的0. 65 0. 8倍。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)所具有的優(yōu)點為本發(fā)明通過利用工業(yè)灌裝桶不透明桶身的成 像特點，通過快速二值圖像變換方法，實現(xiàn)加注口的顏色提取；通過圖像區(qū)域縮小機制，動態(tài)尋找加注口顏色的重心位置，直至滿足精度要求；由于利用了加注口的所有黑色像素信息，因而能有效的克服均值為零的噪聲干擾。定位算法中較少使用乘除法以及開方及乘方運算，因此，該方法定位速度極快，計算復雜性小，占用內(nèi)存小，可以在單片機系統(tǒng)上運行，能夠有效地降低灌裝生產(chǎn)線的硬件成本，其適用范圍廣，只要加注口為對稱形狀(不局限于圓形)，均可適用；當實施對象不是灌裝桶時，只需要修改處理流程加注口的像素值，就可以應(yīng)用該方法進行視覺定位。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
來詳細說明本發(fā)明；
圖I為本發(fā)明的流程 圖2為本發(fā)明的一實施例的圖像結(jié)果。
具體實施例方式為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施方式
，進一步闡述本發(fā)明。參見圖1，本發(fā)明是針對目前工業(yè)灌裝生產(chǎn)線的應(yīng)用現(xiàn)狀，為加注口視覺定位提出一種高精度、快速定位方法，來提高自動灌裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。本實施例的自動灌裝桶的加注口快速視覺定位方法，其方法包括如下步驟，
(I)二值圖像變換其是將彩色圖像通過加法運算和邏輯判斷變換為二值圖像；而將灰度圖像使用邏輯判斷變換為二值圖像則。本實施例是將CXD傳感器固定在灌裝工作區(qū)上方，然后通過傳送裝置將灌裝桶輸送到灌裝工作區(qū)；當灌裝桶停止運行后，觸發(fā)CCD傳感器，進行拍照；通過視頻采集卡，采集CXD圖像數(shù)據(jù)，并對CXD的圖像數(shù)據(jù)進行二值變換；
在進行二值變換變換時，如果CCD傳感器輸出為彩色圖像，先將彩色圖像的三原色紅(R)、綠(G)、藍(B)像素值進行相加，若結(jié)果小于200 (推薦值滿足絕大多數(shù)情況，最佳值可通過現(xiàn)場調(diào)試)，則令該處像素值為0，否則為255。如果CCD傳感器輸出為灰度圖像，則灰度值小于66 (推薦值為上限滿足絕大多數(shù)情況，最佳值可通過現(xiàn)場調(diào)試)的像素值置為O，否則為255。(2)如果樣本圖像即二值圖像存在明顯的噪聲干擾，則對二值圖像進行腐蝕、膨脹處理，進一步提聞定位精度。(3)統(tǒng)計像素值為0的像素個數(shù)N,同時將像素值為0的像素坐標分為行(y)、列(X)坐標分別進行累加求和，當所選圖像區(qū)域處理完后，其結(jié)果分別除以N，其對應(yīng)的坐標記為(x，y);該步驟使用了加法運算，耗時的除法運算只使用了一次，提高運算速度。(4)將上一次圖像范圍的最大邊長縮小為原來的0. 65 0. 8倍，以此邊長構(gòu)造一個正方形的圖像區(qū)域，其中心坐標為步驟(3)中計算所得到坐標x，y)。(5)所得到坐標(x，y)精度的判斷在此圖像區(qū)域內(nèi)重復(3)的計算過程，直到連續(xù)兩次計算的(x，y)誤差小于精度要求為止，此時得到的像素坐標(x，y)即為加注口的中 心像素坐標，如圖2所示，該圖像結(jié)果5次迭代計算后就找到了加注口的圓心位置，其中，矩形外框為坐標系構(gòu)成的矩形框，里面的曲線是處理后的二值圖像，虛線矩形方框為每次縮小圖像范圍時的圖像邊界，“ + ”字星是動態(tài)計算得到的加注口圓心位置。本實施例在實際運行中，其經(jīng)測試具有以下優(yōu)點
I.定位速度快。由本發(fā)明提出的處理流程可知，在處理流程(I)中，將彩色圖像變換為二值圖像只使用了加法運算和邏輯判斷；而將灰度圖像變換為二值圖像則只使用邏輯判斷。在處理流程(2)中，二值圖像進行腐蝕、膨脹處理也只使用邏輯判斷。在處理流程(3)中，主要使用加法運算，耗時的除法運算只使用了一次。在處理流程(4)中，圖像范圍縮小也只需要用到一次耗時的乘法運算；由于耗時的乘、除、乘方運算很少，因此，提高了計算速度，使其極快。2.定位精度高。本發(fā)明所提出的加注口定位方法，與其它的圓心定位方法有明顯的不同，主要體現(xiàn)在本專利申請不是利用加注口的圓形特征和圓周邊緣像素，而是利用加注口的所有黑色像素信息，因而能有效的克服均值為零的噪聲干擾，將二值圖像進行腐蝕、膨脹處理是為了進一步提高定位精度。3.定位算法簡單，可在價格低廉、指令簡單的單片機上運行。由于其它方法計算方法復雜，當處理速度要求較高時，其它方法不得不依賴計算能力很強的計算機來提高處理速度，而本發(fā)明計算簡單、定位速度快(通常5次迭代尋優(yōu)就能滿足定位精度要求)，在單片機也能實現(xiàn)快速定位。因此，本發(fā)明還能降低硬件成本。4.本發(fā)明適用范圍廣，體現(xiàn)在兩個方面a)只要加注口為對稱形狀(不局限于圓形)，本發(fā)明均可適用山)當實施對象不是灌裝桶時，只需要修改處理流程I)中加注口的像素值，就可以應(yīng)用本發(fā)明方法進行視覺定位?；谏鲜觯景l(fā)明是利用工業(yè)灌裝桶不透明桶身的成像特點，通過快速二值圖像變換方法，實現(xiàn)加注口的顏色提??；通過圖像區(qū)域縮小機制，動態(tài)尋找加注口顏色的重心位置，直至滿足精度要求。該方法定位速度極快，計算復雜性小，占用內(nèi)存小，可以在單片機系統(tǒng)上運行，能夠有效地降低灌裝生產(chǎn)線的硬件成本。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.自動灌裝桶的加注口快速視覺定位方法，其方法包括如下步驟 (1)二值圖像變換 如果CCD傳感器輸出為彩色圖像，先將彩色圖像的三原色紅、綠、藍像素值進行相加；若結(jié)果小于200，則令該處像素值為0，否則為255 ； 如果CCD傳感器輸出為灰度圖像，則灰度值小于66的像素值置為0，否則為255 ； (2)統(tǒng)計像素值為0的像素個數(shù)N,其中,N^ 0,N為整數(shù)；同時將像素值為0的像素坐標分為行(y)、列(X)坐標分別進行累加求和，當所選圖像區(qū)域處理完后，其結(jié)果分別除以N，其對應(yīng)的坐標記為(x，y)； (3)將二值圖像或經(jīng)步驟(2)處理后的二值圖像范圍的最大邊長進行縮小，以此邊長構(gòu)造一個圖像區(qū)域，其中心坐標為步驟(3)中計算所得到坐標(x，y)； (4)所得到坐標(x，y)精度的判斷在上述步驟(3)的圖像區(qū)域內(nèi)重復(2)的計算過程，直到連續(xù)兩次計算的(x，y)誤差小于精度要求為止，此時得到的像素坐標(x，y)即為加注口的中心像素坐標。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動灌裝桶的加注口快速視覺定位方法，其特征在于，它還包括二值圖像處理步驟，二值圖像經(jīng)步驟(I)后，如果二值圖像存在明顯的噪聲干擾，則對二值圖像進行腐蝕、膨脹處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的自動灌裝桶的加注口快速視覺定位方法，其特征在于，上述步驟(3)中，所述圖像區(qū)域為正方形的圖像區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的自動灌裝桶的加注口快速視覺定位方法，其特征在于，上述步驟(3)中，所述將二值圖像或經(jīng)步驟(2)處理后的二值圖像范圍的最大邊長進行縮小為原來的0. 65 0.8倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及的一種自動灌裝桶的加注口快速視覺定位方法，其方法是利用工業(yè)灌裝桶不透明桶身的成像特點，通過快速二值圖像變換方法，實現(xiàn)加注口的顏色提取；通過圖像區(qū)域縮小機制，動態(tài)尋找加注口顏色的重心位置，直至滿足精度要求，得到的像素坐標即為加注口的中心像素坐標。本發(fā)明由于利用了加注口的所有黑色像素信息，因而能有效的克服均值為零的噪聲干擾，其定位速度極快，計算復雜性小，占用內(nèi)存小，可以在單片機系統(tǒng)上運行，能夠有效地降低灌裝生產(chǎn)線的硬件成本，其適用范圍廣，當實施對象不是灌裝桶時，只需要修改處理流程加注口的像素值，就可以應(yīng)用該方法進行視覺定位。
文檔編號G06T5/30GK102749031SQ20121021120
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月26日
發(fā)明者劉燕, 楊啟文, 王術(shù)彬, 金紀東 申請人:河海大學常州校區(qū)