一种基于工件内外轮廓几何特征的快速位姿检测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106846404A(43)申请公布日2017.06.13(21)申请号201710027716.4G06T7/10(2017.01)(22)申请日2017.01.16(71)申请人河海大学常州校区地址213022江苏省常州市新北区晋陵北路200号(72)发明人刘波瞿喜峰李凌李奎周军廖华丽王婷婷谢小敏杨跟陈荔庄兴昌(74)专利代理机构常州市科谊专利代理事务所32225代理人孙彬(51)Int.Cl.G06T7/70(2017.01)G06T7/00(2017.01)G06T7/136(2017.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称一种基于工件内外轮廓几何特征的快速位姿检测方法(57)摘要本发明公开了一种基于工件内外轮廓几何特征的快速位姿检测方法，包括如下步骤：（1）工件图像获取；（2）对获取的工件图像进行预处理操作；（3）对预处理后的工件图像进行几何特征获取；（4）根据获取的几何特征进行姿态识别。本发明通过旋转将运输时封闭状态的车厢转换为箱体内部的抽屉全部朝外的位置状态，从而在保证货物运输安全的情况下便于货物的拿取。与现有技术相比，本发明不仅检测精度较高，而且耗时较少，能够满足自动化生产的实时性要求，更好的兼顾检测速度和检测精度，并且对实际应用环境下有很好的鲁棒性。CN106846404ACN106846404A权利要求书1/2页1.一种基于工件内外轮廓几何特征的快速位姿检测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)工件图像获取，通过相机获取工件图像；(2)对步骤(1)获取的工件图像进行预处理操作，包括图像灰度化、图像阈值分割和图像滤波去噪；(3)对步骤(2)预处理后的工件图像进行几何特征获取，包括轮廓的获取、筛选内外轮廓、计算外轮廓中心点和定位内轮廓最小面积外接矩形；(4)根据步骤(3)获取的几何特征进行姿态识别，包括寻找内轮廓特征关系点、根据外轮廓中心点和内轮廓特征关系点求解图像坐标系下的工件姿态角；(5)根据步骤(3)计算的外轮廓中心点和步骤(4)求解的工件姿态角来确定工件的位置和姿态。2.根据权利要求1所述的一种工件内外轮廓几何特征的快速位姿检测方法，其特征在于，所述步骤(1)采用CMOS相机进行图像采集，其分辨率为1280*1024。3.根据权利要求1所述的一种工件内外轮廓几何特征的快速位姿检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中的图像阈值分割是指根据设定的阈值，将灰度图像转化为二值图像。4.根据权利要求3所述的一种工件内外轮廓几何特征的快速位姿检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述的图像滤波去噪是指采用两次开闭形态学操作去除二值图像上的孔洞。5.根据权利要求1所述的一种工件内外轮廓几何特征的快速位姿检测方法，其特征在于，所述步骤(3)中几何特征获取包括以下步骤：5a)轮廓的获取与筛选：获取以点集方式表示的轮廓序列集，选取轮廓的面积作为主要特征，通过设置合适的阈值，提取工件的外轮廓S1、内轮廓S2；5b)计算外轮廓中心点：基于区域形心法来定位步骤5a)提取的外轮廓S1的中心点Pc(Xc,Yc)，其中，中心点Pc(Xc,Yc)的计算公式如下：其中，(Xc,Yc)为外轮廓S1的中心点坐标，I(i,j)为二值图像在点(i,j)处的像素值；5c)定位内轮廓S2的最小面积外接矩形：采用旋转卡壳算法，先找出内轮廓S2沿图像坐标系两个坐标轴方向的四个极值点，然后在极值点对应的坐标轴平行线所限定的矩形区域内，以任一条轮廓外切线为边构造外接矩形，并计算其面积,最后沿顺时针方向旋转切线，不断构造新的外接矩形，选定面积最小者作为内轮廓S2的最小面积外接矩形。6.根据权利要求5所述的一种工件内外轮廓几何特征的快速位姿检测方法，其特征在于，所述步骤(4)中姿态识别包括以下步骤：6a)寻找特征关系点，计算步骤5c)所得的最小面积外接矩形各边长中点的坐标，记为2CN106846404A权利要求书2/2页{Pleft,Pright,Ptop,Pbottom}，然后分别以各中点为圆心，以各中点所在的矩形边长的长度的α倍为半径画圆，其中α为常数,选取工件内轮廓S2被四个圆截取的四个轮廓局部边缘点集序列为{Sleft,Sright,Stop,Sbottom}，特征函数为：其中，点点集序列(Xj,Yj)为点集序列S上的点，N为S所包含点的数量。6b)根据步骤6a)中的特征函数公式(II)，分别计算出F(Pleft)、F(Pright)、F(Ptop)、F(Pbottom)值，取数值最小所对应点的坐标记为Pd(Xd,Yd)，在图像坐标系下，将点Pd到工件的中心点Pc所作的向量与图像坐标系横轴正方向的夹角作为工件的姿态角，其中姿态角计算公式定义为：7.根据权利要求6所