一種水泵葉片視覺定位方法及系統
2023-06-12 23:52:07
1.本發明屬於視覺定位技術領域，更具體地，本發明涉及一種水泵葉片視覺定位方法及系統。
背景技術：
2.目前在自動化產線上有很多柔性上料系統，通過將物料上到振動平臺上，將物料振散，利用二維視覺對工件進行定位，然後通過機器人實現工件的抓取及上料工作。水泵葉片為彎曲的窄條狀金屬件，為了將水泵葉片放到葉片磨具上，葉片模具如圖3所示，需要檢測出水泵葉片的正反面，然後確定正面水泵葉片的位姿。
3.申請公布號：cn 112660719 a，申請公布日：2021.04.16，發明名稱：一種水泵葉片自動化柔性上料系統及上料控制過程，該技術方案並未給出水泵葉片的位姿識別方法。
技術實現要素：
4.本發明提供一種水泵葉片視覺定位方法，旨在改善上述問題。
5.本發明是這樣實現的，一種水泵葉片視覺定位方法，所述方法具體包括如下步驟：
6.s1、通過背板光源的照明方式採集振動平臺上的水泵葉片圖像；
7.s2、提取水泵葉片圖像中的水泵葉片；
8.s3、識別水泵葉片的前端及後端，進而識別水泵葉片正、反面，輸出正面水泵葉片的位姿。
9.進一步的，水泵葉片的提取過程具體如下：
10.s21、對水泵葉片圖像依次進行濾波和二值化處理，輸出水泵葉片圖像1；
11.s22、對水泵葉片圖像1中的線段進行最小外接矩形擬合，將擬合形成的最小外接矩形與設定矩形進行比較，若最小外接矩形的面積、長度及寬度均位於設定矩形的面積、長度及寬度的允許偏差範圍內，則認定最小外接矩形對應的線段為水泵葉片。
12.進一步的，水泵葉片的前端及後端的識別方法具體如下：
13.s31、對提取到的水泵葉片進行橢圓擬合及最小外接矩形擬合，確定擬合橢圓的中心；
14.s32、計算橢圓中心距最小外接矩形四個端點的距離，最小距離對應的端點即為水泵葉片的一個端點；
15.s33、根據最小外接矩形的長度或寬度確定水泵葉片的另一個端點；
16.s34、基於面積分割識別水泵葉片的前端及後端。
17.進一步的，通過直線k連接水泵葉片的兩個端點，確定兩端點所在直線段的中點，獲取過該中點且垂直直線k的直線k1；
18.直線k1將水泵葉片的包圍區域分成兩個子包圍區域，分別計算兩個子包圍區域的面積，大面積或小面積對應的端即為水泵葉片的前端，另外一端即為後端。
19.進一步的，水泵葉片的正、反面識別方法具體如下：
20.獲取直線k1與水泵葉片曲線的交點p0，基於前端點與直線k1的位置關係，交點p0與直線k的關係及直線k的斜率k判斷當前待識別水泵葉片的正、反面。
21.進一步的，計算直線k、直線k1的斜率k、k1，進而獲取直線k及直線k1的直線方程，直線k、直線k1的直線方程為：
22.y-kx-(p
1y-kp
1x
)＝0
23.y-k1x-(p
0y-k1p
0x
)＝0
24.定義兩個函數：
25.f(x,y)＝y-kx-(p
1y-kp
1x
)
26.g(x,y)＝y-k1x-(p
0y-k1p
0x
)
27.通過將前端點p1的坐標(p
1x
，p
1y
)代入函數g(x,y)中獲取g(p
1x
,p
1y
)，將交點p0的坐標(p
0x
，p
0y
)代入函數f(x,y)中獲取f(p
0x
,p
0y
)，通過對斜率k、f(p
0x
,p
0y
)、g(p
1x
,p
1y
)的正負性來確定水泵葉片的正、反面；
28.當水泵葉片為正面時，滿足k
×
f(p
0x
,p
0y
)
×
g(p
1x
,p
1y
)＜0；當水泵葉片為反面時，滿足k
×
f(p
0x
,p
0y
)
×
g(p
1x
,p
1y
)＞0。
29.進一步的，水泵葉片姿態的獲取過程具體如下：
30.計算正面水泵葉片的交點p0坐標，即為水泵葉片的位置，兩個端點p1、p2與x軸夾角即為水泵葉片的姿態。
31.本發明是這樣實現的，一種水泵葉片視覺定位系統，所述系統包括：
32.振動平臺，位于振動平臺上的水泵葉片；
33.振動平臺上方的工業相機，工業相機與處理器通訊連接，處理器與振動平臺通訊連接；
34.工業相機用於採集水泵葉片的圖像，並發送至處理器，處理器上述水泵葉片視覺定位方法獲取待抓取水泵葉片的正面位姿。
35.進一步的，若水泵葉片為反面時，則控制器控制振動平臺進行振動。
36.本發明通過對水泵葉片的幾何結構進行分析，根據多種水泵葉片的共性，建立了水泵葉片正、反面和前後端的處理方法，最終給出了水泵葉片的位姿。
附圖說明
37.圖1為本發明實施例提供的水泵葉片的實物圖；
38.圖2為本發明實施例提供的背板光源的照明方式下的水泵葉片圖像；
39.圖3為本發明實施例提供的葉片磨具圖；
40.圖4為本發明實施例提供的二值化處理後的水泵葉片圖像；
41.圖5為本發明實施例提供的水泵葉片端點確定示意圖；
42.圖6為本發明實施例提供的基於面積分割的水泵葉片前後端識別示意圖；
43.圖7為本發明實施例提供的水泵葉片正反面判斷中直線建立示意圖；
44.圖8為本發明實施例提供的水泵葉片正反面識別示意圖；
45.圖9為本發明實施例提供的水泵葉片視覺定位方法流程圖。
具體實施方式
46.下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明，以幫助本領域的技術人員對本發明的發明構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解。
47.圖9為本發明實施例提供的葉片視覺定位方法流程圖，該方法具體包括如下步驟：
48.s1、通過背板光源的照明方式採集的水泵葉片圖像；
49.圖1為水泵葉片的實物圖，採用背板光源的照明方式，將水泵葉片放在帶有光源的振動平臺上，採集到的圖片如圖2所示，即水泵葉片圖像。
50.s2、提取水泵葉片圖像中的水泵葉片；
51.在本發明實施例中，水泵葉片的提取過程具體如下：
52.s21、對水泵葉片圖像依次進行濾波和二值化處理，輸出水泵葉片圖像1，如圖4所示；
53.s22、對水泵葉片圖像1中的線段進行最小外接矩形擬合，將擬合形成的最小外接矩形與設定矩形進行比較，若最小矩形的面積、長度及寬度均位於設定矩形的面積、長度及寬度的允許偏差範圍內，則認定最小外接矩形對應的線段為水泵葉片。
54.s3、識別水泵葉片的前端及後端，進而識別水泵葉片的正、反面，輸出正面水泵葉片的位姿。
55.在本發明實施例中，結合圖5進行說明，水泵葉片的前端及後端的識別方法具體如下：
56.s31、對提取到的水泵葉片進行橢圓擬合及最小外接矩形擬合，確定擬合橢圓的中心；
57.s32、計算橢圓中心距最小外接矩形四個端點的距離，最小距離對應的端點即為水泵葉片的一個端點p1；
58.s33、根據最小外接矩形的長度或寬度確定水泵葉片的另一個端點p2；
59.s34、確認水泵葉片的前端及前端點、後端及後端點。
60.若水泵葉片的兩個端點的連線為最小外接矩形的長邊時，則基於最小外接矩形的長度確定水泵葉片的另一個端點，若水泵葉片的兩個端點的連線為最小外接矩形的短邊時，則基於最小外接矩形的寬度確定水泵葉片的另一個端點。
61.在本發明實施例中，結合圖6進行說明，水泵葉片的前端、後端識別方法具體如下：
62.通過直線k連接水泵葉片的兩個端點(p1、p2)，確定兩端點所在直線段的中點，獲取過該中點且垂直直線k的直線k1；
63.直線k1將水泵葉片的包圍區域分成兩個子包圍區域，分別計算兩個子包圍區域的面積，大面積或小面積對應的端即為水泵葉片的前端，另外一端即為後端，位於前端的水泵葉片端點即為前端點，位於後端的水葉片端點即為後端點。
64.若實際的水泵葉片前端的包圍面積相對於後端大，則子包圍區域的大面積所在端即為前端，若實際的水泵葉片前端的包圍面積相對於後端小，則子包圍區域的小面積所在端即為前端。
65.在本發明實施例中，水泵葉片的正、反面識別方法具體如下：
66.獲取直線k1與水泵葉片曲線交點p0，基於前端點與直線k1的位置關係，交點p0與直
線k的關係及直線k的斜率k來判斷當前待識別水泵葉片的正、反面；
67.計算直線k、直線k1的斜率k、k1，進而獲取直線k及直線k1的直線方程，結合圖7進行說明，斜率k、k1表示具體如下：
[0068][0069][0070]
其中，(p
1x
，p
1y
)、(p
2x
，p
2y
)為水泵葉片的兩個端點p1、p2坐標，(p
3x
，p
3y
)為最小外接矩形中端點p3的坐標。
[0071]
對應的條直線方程為：
[0072]
y-kx-(p
1y-kp
1x
)＝0
[0073]
y-k1x-(p
0y-k1p
0x
)＝0
[0074]
定義兩個函數：
[0075]
f(x,y)＝y-kx-(p
1y-kp
1x
)
[0076]
g(x,y)＝y-k1x-(p
0y-k1p
0x
)
[0077]
通過將前端點p1的坐標(p
1x
，p
1y
)代入函數g(x,y)中獲取g(p
1x
,p
1y
)，將交點p0的坐標(p
0x
，p
0y
)代入函數f(x,y)中獲取f(p
0x
,p
0y
)，通過對斜率k、f(p
0x
,p
0y
)、g(p
1x
,p
1y
)三者的正負關係分析，就可以實現水泵葉片的正反面的確定。
[0078]
從圖8中可以看出當水泵葉片為正面時，滿足k
×
f(p
0x
,p
0y
)
×
g(p
1x
,p
1y
)＜0，而當水泵葉片為反面時，k
×
f(p
0x
,p
0y
)
×
g(p
1x
,p
1y
)＞0，交點p0的坐標即為水泵葉片的位置，兩個端點p1、p2與x軸夾角即為水泵葉片的姿態。
[0079]
本發明還提供一種泵葉片視覺定位系統，該系統包括：
[0080]
振動平臺，位于振動平臺上的水泵葉片；
[0081]
振動平臺上方的工業相機，工業相機與處理器通訊連接，處理器與振動平臺通訊連接；工業相機用於採集水泵葉片的圖像，並發送至處理器，處理器上述水泵葉片視覺定位方法獲取待抓取水泵葉片的正面位姿。
[0082]
若水泵葉片為反面時，則控制器控制振動平臺進行振動。
[0083]
本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現並不受上述方式的限制，只要採用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用於其它場合的，均在本發明的保護範圍之內。