一种基于线结构光的汽车轮胎三维定位方法.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CN106813569A(43)申请公布日2017.06.09(21)申请号201510868384.3(22)申请日2015.11.30(71)申请人中国科学院沈阳自动化研究所地址110016辽宁省沈阳市南塔街114号(72)发明人吴清潇欧锦军郝颖明王爽张正光嵇冠群周静(74)专利代理机构沈阳科苑专利商标代理有限公司21002代理人徐丽周秀梅(51)Int.Cl.G01B11/00(2006.01)G06T7/13(2017.01)G06T7/181(2017.01)权利要求书3页说明书6页附图3页(54)发明名称一种基于线结构光的汽车轮胎三维定位方法(57)摘要本发明面向工业机器人搬运轮胎应用中的目标定位问题，提出了一种基于线结构光的汽车轮胎三维定位方法：设计了一种十字形图案结构光；利用CCD相机采集有结构光的轮胎图像和无结构光的轮胎图像，进而得到只有结构光的图像；对结构光图像进行滤波，抑制图像中的噪声；对滤波后的图像进行边缘检测，提取结构光边缘；对边缘图像进行多次膨胀、腐蚀操作，平滑轮廓；在膨胀、腐蚀后的图像中提取水平、垂直结构光曲线段；确定胎冠上的结构光曲线段，进而得到胎冠内圆4个点的图像坐标；将4个点的图像坐标转换为三维空间坐标，并利用几何关系计算轮胎中心的三维坐标。本发明可以实现轮胎三维坐标的在线、实时、自动、非接触测量，测量速度快、系统柔性好、精度适中。CN106813569ACN106813569A权利要求书1/3页1.一种基于线结构光的汽车轮胎三维定位方法，用于实现轮胎位置的测量，其特征在于，包括以下步骤：利用CCD相机采集有结构光的轮胎图像和无结构光的轮胎图像，进而得到只有结构光的图像；对结构光图像进行滤波，抑制图像中的噪声；对滤波后的图像进行边缘检测，提取结构光边缘；对边缘图像进行多次膨胀、腐蚀操作，得到平滑轮廓的图像；在膨胀、腐蚀后的图像中提取水平、垂直结构光曲线段；确定胎冠上的结构光曲线段，进而得到胎冠内圆4个点的图像坐标；将4个点的图像坐标转换为三维空间坐标，并利用几何关系计算轮胎中心的三维坐标。2.根据权利要求1所述的一种基于线结构光的汽车轮胎三维定位方法，其特征在于，所述结构光是两条相互垂直的线结构光。3.根据权利要求1所述的一种基于线结构光的汽车轮胎三维定位方法，其特征在于，所述对结构光图像进行滤波，抑制图像中的噪声，采用高斯滤波方法，具体为：将图像中的每一像素点与高斯内核卷积，将卷积和作为该点的灰度值；对于离散的(2k+1)×(2k+1)维高斯内核矩阵H，其元素计算公式为：其中，i、j为图像的坐标位置，σ为方差，k为预设常数。4.根据权利要求1所述的一种基于线结构光的汽车轮胎三维定位方法，其特征在于，所述对滤波后的图像进行边缘检测，提取结构光边缘，利用canny算子进行结构光边缘提取，包括以下步骤：用一阶偏导的有限差分计算梯度的幅值和方向；对梯度幅值进行非极大值抑制；用双阈值算法检测和连接边缘。5.根据权利要求1所述的一种基于线结构光的汽车轮胎三维定位方法，其特征在于，所述对边缘图像进行膨胀，用于填补物体中小的空洞和狭窄的缝隙，使物体的尺寸增大，具体为：采用向量加法对两个集合进行合并：其中，X表示图像，B表示膨胀结构单元，x为X中的元素，b为B中的元素，p为x膨胀后的元素。6.根据权利要求1所述的一种基于线结构光的汽车轮胎三维定位方法，其特征在于，所述腐蚀用于简化物体的结构，具体为：对集合元素采用向量减法，将两个集合合并：其中，X表示图像，B表示腐蚀结构单元，x为X中的元素，b为B中的元素，p为x腐蚀后的元素。2CN106813569A权利要求书2/3页7.根据权利要求5或6所述的一种基于线结构光的汽车轮胎三维定位方法，其特征在于，所述膨胀为两次膨胀，所述腐蚀为两次腐蚀。8.根据权利要求1所述的一种基于线结构光的汽车轮胎三维定位方法，其特征在于，所述在膨胀、腐蚀后的图像中提取水平、垂直结构光曲线段，具体为：首先确定结构光曲线段的起点，然后判断结构光成像的连续性，确定结构光曲线段的终点。9.根据权利要求8所述的一种基于线结构光的汽车轮胎三维定位方法，其特征在于，所述确定结构光曲线段的起点，具体为：如果图像中(x,y)位置处灰度值满足以下条件：f(x,y)＝255(5)且该位置处截线段长度T满足以下不等式：T＜TransversalMax(6)则(x,y)位置即为结构光曲线段的起点；其中，TransversalMax是预设常数；水平结构光曲线段起点处截线段应满足：f(x,y')＝255y'＝j1,j1+1,...,j2且j2-j1＝T(7)垂直结构光曲线段起点处截线段应满足：f(x',y)＝255x'＝i1,i1+1,..