CN102749031A - 自动灌装桶的加注口快速视觉定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的一种自动灌装桶的加注口快速视觉定位方法，其方法是利用工业灌装桶不透明桶身的成像特点，通过快速二值图像变换方法，实现加注口的颜色提取；通过图像区域缩小机制，动态寻找加注口颜色的重心位置，直至满足精度要求，得到的像素坐标即为加注口的中心像素坐标。本发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为零的噪声干扰，其定位速度极快，计算复杂性小，占用内存小，可以在单片机系统上运行，能够有效地降低灌装生产线的硬件成本，其适用范围广，当实施对象不是灌装桶时，只需要修改处理流程加注口的像素值，就可以应用该方法进行视觉定位。

Description

自动灌装桶的加注口快速视觉定位方法

技术领域

本发明涉及的是图像处理技术、智能优化等领域，具体涉及的是一种自动灌装桶的加注口快速视觉定位方法。 

背景技术

在石油、化工、医疗、饮料等生产领域中，桶装液体的灌装非常普遍。对于盛装汽油、柴油等化工液体的偏心口容器，加注口的定位问题严重制约着灌装过程的自动化。目前，多数企业采用半自动方式, 即人工定位桶口加注。这种方式既影响生产效率，又会因灌装渗透能力较强剧毒液体如枝椒油、TDA、氰化钠、氢氟酸等，危害操作人员的身体健康。机器视觉技术的应用为加注口的视觉定位问题提供了有效的解决方案。 

工业桶的加注口一般为圆形，在数值图像处理上，圆孔的识别常用Hough变换技术，然后利用圆周和圆心之间的几何关系，确定圆心在图像中的位置。这种方法计算量大，处理速度慢；另外，由于图像信息的数字化原因，通过圆周和圆心的几何定位关系，会影响定位精度；此外，若加注口不是圆形，则这种方法无能为力。在模板匹配法和探测圆逐步逼近法中，有两个问题难以解决：（a）如何选择模板（或圆）半径，（b）寻优算法如何确定，特别是寻优算法会严重影响到定位速度和定位精度。而重心法则必须先在图像上找到圆所在的最小范围，因而在应用中，传统的重心定位方法受到诸多限制。因此，要提高加注口的定位速度和精度，必须采取新的定位方法。 

  

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种定位精度高、定位速度快的自动灌装桶的加注口快速视觉定位方法，解决了自动灌装桶加注口的快速图像定位问题，提高灌装速度和自动灌装生产线的生产效率。 

  

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

自动灌装桶的加注口快速视觉定位方法，其方法包括如下步骤：

（1）二值图像变换：

如果CCD传感器输出为彩色图像，先将彩色图像的三原色红、绿、蓝像素值进行相加；若结果小于200，则令该处像素值为0，否则为255；

如果CCD传感器输出为灰度图像，则灰度值小于66的像素值置为0，否则为255；

（2）统计像素值为0的像素个数N，其中，N≥0，N为整数；同时将像素值为0的像素坐标分为行（y）、列（x）坐标分别进行累加求和，当所选图像区域处理完后，其结果分别除以N，其对应的坐标记为（x,y）；

（3）将二值图像或经步骤（2）处理后的二值图像范围的最大边长进行缩小，以此边长构造一个图像区域，其中心坐标为步骤(3）中计算所得到坐标（x,y）；

（4）所得到坐标（x,y）精度的判断：在上述步骤（3）的图像区域内重复（2）的计算过程，直到连续两次计算的（x,y）误差小于精度要求为止，此时得到的像素坐标（x,y）即为加注口的中心像素坐标。

为进一步提高定位精度，它还包括二值图像处理步骤，它还包括二值图像处理步骤，二值图像经步骤（1）后，如果二值图像存在明显的噪声干扰，则对二值图像进行腐蚀、膨胀处理。 

根据上述自动灌装桶的加注口快速视觉定位方法，其中，上述步骤（3）中，所述图像区域为正方形的图像区域。 

根据上述自动灌装桶的加注口快速视觉定位方法，其中，上述步骤（3）中，所述上一次图像范围的最大边长进行缩小为原来的0.65～0.8倍。 

本发明与现有技术所具有的优点为：本发明通过利用工业灌装桶不透明桶身的成像特点，通过快速二值图像变换方法，实现加注口的颜色提取；通过图像区域缩小机制，动态寻找加注口颜色的重心位置，直至满足精度要求；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为零的噪声干扰。定位算法中较少使用乘除法以及开方及乘方运算，因此，该方法定位速度极快，计算复杂性小，占用内存小，可以在单片机系统上运行，能够有效地降低灌装生产线的硬件成本，其适用范围广，只要加注口为对称形状（不局限于圆形），均可适用；当实施对象不是灌装桶时，只需要修改处理流程加注口的像素值，就可以应用该方法进行视觉定位。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明； 

   图1为本发明的流程图；

   图2为本发明的一实施例的图像结果。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。 

参见图1，本发明是针对目前工业灌装生产线的应用现状，为加注口视觉定位提出一种高精度、快速定位方法，来提高自动灌装生产线的生产效率。本实施例的自动灌装桶的加注口快速视觉定位方法，其方法包括如下步骤， 

（1）二值图像变换：其是将彩色图像通过加法运算和逻辑判断变换为二值图像；而将灰度图像使用逻辑判断变换为二值图像则。

本实施例是将CCD传感器固定在灌装工作区上方，然后通过传送装置将灌装桶输送到灌装工作区；当灌装桶停止运行后，触发CCD传感器，进行拍照；通过视频采集卡，采集CCD图像数据，并对CCD的图像数据进行二值变换； 

在进行二值变换变换时，如果CCD传感器输出为彩色图像，先将彩色图像的三原色红(R)、绿(G)、蓝(B)像素值进行相加，若结果小于200(推荐值满足绝大多数情况，最佳值可通过现场调试)，则令该处像素值为0，否则为255。

如果CCD传感器输出为灰度图像，则灰度值小于66(推荐值为上限满足绝大多数情况，最佳值可通过现场调试)的像素值置为0，否则为255。 

（2）如果样本图像即二值图像存在明显的噪声干扰，则对二值图像进行腐蚀、膨胀处理，进一步提高定位精度。 

（3）统计像素值为0的像素个数N，同时将像素值为0的像素坐标分为行（y）、列（x）坐标分别进行累加求和，当所选图像区域处理完后，其结果分别除以N，其对应的坐标记为（x,y）；该步骤使用了加法运算，耗时的除法运算只使用了一次，提高运算速度。 

（4）将上一次图像范围的最大边长缩小为原来的0.65～0.8倍，以此边长构造一个正方形的图像区域，其中心坐标为步骤(3）中计算所得到坐标x,y）。 

（5）所得到坐标（x,y）精度的判断：在此图像区域内重复（3）的计算过程，直到连续两次计算的（x,y）误差小于精度要求为止，此时得到的像素坐标（x,y）即为加注口的中心像素坐标，如图2所示，该图像结果5次迭代计算后就找到了加注口的圆心位置，其中，矩形外框为坐标系构成的矩形框，里面的曲线是处理后的二值图像，虚线矩形方框为每次缩小图像范围时的图像边界， “+”字星是动态计算得到的加注口圆心位置。 

本实施例在实际运行中，其经测试具有以下优点： 

1．定位速度快。由本发明提出的处理流程可知，在处理流程（1）中，将彩色图像变换为二值图像只使用了加法运算和逻辑判断；而将灰度图像变换为二值图像则只使用逻辑判断。在处理流程（2）中，二值图像进行腐蚀、膨胀处理也只使用逻辑判断。在处理流程（3）中，主要使用加法运算，耗时的除法运算只使用了一次。在处理流程（4）中，图像范围缩小也只需要用到一次耗时的乘法运算；由于耗时的乘、除、乘方运算很少，因此，提高了计算速度，使其极快。

2. 定位精度高。本发明所提出的加注口定位方法，与其它的圆心定位方法有明显的不同，主要体现在：本专利申请不是利用加注口的圆形特征和圆周边缘像素，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为零的噪声干扰，将二值图像进行腐蚀、膨胀处理是为了进一步提高定位精度。 

3. 定位算法简单，可在价格低廉、指令简单的单片机上运行。由于其它方法计算方法复杂，当处理速度要求较高时，其它方法不得不依赖计算能力很强的计算机来提高处理速度，而本发明计算简单、定位速度快（通常5次迭代寻优就能满足定位精度要求），在单片机也能实现快速定位。因此，本发明还能降低硬件成本。 

4.本发明适用范围广，体现在两个方面：a）只要加注口为对称形状（不局限于圆形），本发明均可适用；b）当实施对象不是灌装桶时，只需要修改处理流程1）中加注口的像素值，就可以应用本发明方法进行视觉定位。 

基于上述，本发明是利用工业灌装桶不透明桶身的成像特点，通过快速二值图像变换方法，实现加注口的颜色提取；通过图像区域缩小机制，动态寻找加注口颜色的重心位置，直至满足精度要求。该方法定位速度极快，计算复杂性小，占用内存小，可以在单片机系统上运行，能够有效地降低灌装生产线的硬件成本。 

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

  

Claims (4)

1. 自动灌装桶的加注口快速视觉定位方法，其方法包括如下步骤：

（1）二值图像变换：

如果CCD传感器输出为彩色图像，先将彩色图像的三原色红、绿、蓝像素值进行相加；若结果小于200，则令该处像素值为0，否则为255；

如果CCD传感器输出为灰度图像，则灰度值小于66的像素值置为0，否则为255；

（2）统计像素值为0的像素个数N，其中，N≥0，N为整数；同时将像素值为0的像素坐标分为行（y）、列（x）坐标分别进行累加求和，当所选图像区域处理完后，其结果分别除以N，其对应的坐标记为（x,y）；

（3）将二值图像或经步骤（2）处理后的二值图像范围的最大边长进行缩小，以此边长构造一个图像区域，其中心坐标为步骤(3）中计算所得到坐标（x,y）；

（4）所得到坐标（x,y）精度的判断：在上述步骤（3）的图像区域内重复（2）的计算过程，直到连续两次计算的（x,y）误差小于精度要求为止，此时得到的像素坐标（x,y）即为加注口的中心像素坐标。

2. 根据权利要求1所述的自动灌装桶的加注口快速视觉定位方法，其特征在于，它还包括二值图像处理步骤，二值图像经步骤（1）后，如果二值图像存在明显的噪声干扰，则对二值图像进行腐蚀、膨胀处理。

3. 根据权利要求1或2所述的自动灌装桶的加注口快速视觉定位方法，其特征在于，上述步骤（3）中，所述图像区域为正方形的图像区域。

4. 根据权利要求1或2所述的自动灌装桶的加注口快速视觉定位方法，其特征在于，上述步骤（3）中，所述将二值图像或经步骤（2）处理后的二值图像范围的最大边长进行缩小为原来的0.65～0.8倍。

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