CN106643483B - 工件检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工件检测方法和装置，该方法包括：对工件的第一检测图进行抽样得到第二检测图，并对工件所对应的第一参考图进行抽样得到第二参考图；以第一角度对第二检测图进行多次旋转，在每次旋转后，将当前旋转后的第二检测图与第二参考图相减，得到差值，直至得到的差值为第一最小差值，将得到第一最小差值时对第二检测图旋转的总角度确定为第一角度偏差值；基于第一角度偏差值以及预定的角度误差得到旋转角度范围；在该范围内以第二角度对第一检测图进行多次旋转，在每次旋转后，将当前旋转后的第一检测图与第一参考图相减，得到差值，直至差值为第二最小差值，并将得到第二最小差值时对第一检测图旋转的总角度确定为第二角度偏差值。

Description

工件检测方法和装置

技术领域

本发明涉及图像处理领域，并且特别地，涉及一种工件检测方法和装置。

背景技术

工件定位算法是一种常用算法。该算法的目的是要确定工件的位置偏移、角度偏移等信息，以便基于这些信息对工件进行后续处理。目前，工件定位算法已经在机器人抓取物件、机器视觉等多个领域中广泛应用，成为了对工件进行检测和测量的主要手段之一。

在一些对于精度要求较高的检测和测量场景中，对于工件的定位也提出了更高的要求。为了提高检测精度，目前已经提出了多种的检测方法。例如，在申请号为201310509532.3、名称为“一种基于CCD的高精度测量方法”的专利中，就公开了对工件进行检测的方案。该方案建立了一个基于机器视觉的机械零件检测模型，该模型综合运用了摄像机标定、亚像素边缘轮廓提取和基于形状的模板匹配技术。在该专利所公开的方案中，首先根据摄像机成像模型，对相机进行内外部参数标定，根据内部参数校正畸变图像。然后，定位被测物，区分其上下边缘并提取上表面的亚像素边缘，导入CAD数据模型，采用基于形状的模板匹配方法匹配被测物。最后将轮廓距离作为误差的度量。

该专利所公开的方案虽然具有较高的检测精度，但是运算量很大、检测速度较慢、且复杂度较高，因此无法适用于对检测速度有较高要求的场景中，例如，该专利公开的方案很难应用于在线检测。

此外，在申请号为201210227659.1、名称为“基于图像边界极坐标化离散序列的角度识别方法”的专利中，公开了一种专门用于识别角度的方案。该方案首先求取目标图像的边界离散序列，之后将目标图像的边界离散序列与模板图像的边界离散序列以第二决策的方式进行粗匹配，得到转角的粗匹配结果；最后，在上一步基础上，通过第三决策，求得目标图像相对于模板图像的精确转角。通过先进行粗匹配之后进行精确匹配，该专利所公开的方案能够在一定程度上减小运算量。但是，该专利在将旋转后的图像与模板图像进行粗匹配和精确匹配时，所采用的方案是建立相应的匹配评价函数对旋转后的图像进行计算。这种采用函数进行计算来完成匹配的方案依然具有较大的运算量，处理效率较低，计算过程较为复杂，不易于实现。另外，对于边界不明显的工件，该专利的检测准确率将明显降低。

针对相关技术中工件检测的运算量大、过程复杂、不易实现、以及不能适用所有工件的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述问题，本发明提出一种工件检测方法和装置，能够减少运算量、降低复杂度和实现的难度，同时可以适用于各种工件。

根据本发明的一个方面，提供了一种工件检测方法。

根据本发明的工件检测方法包括：对待检测的工件的第一检测图进行抽样，得到第二检测图，并对工件所对应的第一参考图进行抽样，得到第二参考图，其中，第一检测图由对待检测的工件进行拍照得到；以预定的第一角度对第二检测图进行多次旋转，在每次旋转后，将当前旋转后的第二检测图与第二参考图相减，得到差值，直至得到的差值为第一最小差值，将得到第一最小差值时对第二检测图旋转的总角度确定为第一角度偏差值；基于第一角度偏差值以及预定的角度误差，得到旋转角度范围；在旋转角度范围内以第二角度对第一检测图进行多次旋转，在每次旋转后，将当前旋转后的第一检测图与第一参考图相减，得到差值，直至得到的差值为第二最小差值，并将得到第二最小差值时对第一检测图旋转的总角度确定为第二角度偏差值。

在一个实施例中，在对第一检测图和第一参考图进行抽样之前，根据本发明的工件检测方法可以进一步包括：

确定第一检测图中工件的尺寸参数，将确定的尺寸参数与预先保存的多个参考图中工件的尺寸参数进行比对；

将多个参考图中工件的尺寸参数与第一检测图中工件的尺寸参数相匹配的参考图确定为工件所对应的第一参考图。

进一步地，在确定第一检测图中工件的尺寸参数之前，根据本发明的工件检测方法可以进一步包括：确定第一检测图和多个参考图中的每一个所包含的工件数量；在第一检测图所包含的工件数量或所确定的参考图所包含的工件数量为多个的情况下，停止后续处理。

此外，在确定第一检测图中工件的尺寸参数时，可以确定第一检测图中工件的最小外接矩形或最大内接矩形的尺寸参数；

并且，将确定的尺寸参数与预先保存的多个参考图中工件的尺寸参数进行比对包括：

将第一检测图中工件的最小外接矩形或最大内接矩形的尺寸参数、与多个检测图中所包含工件的最小外接矩形或最大内接矩形的尺寸参数进行比较。

此外，在一个实施例中，在对第一检测图旋转之前，根据本发明的工件检测方法进一步包括：基于第一检测图建立第一坐标系，并基于第一参考图建立第二坐标系，第一检测图和第一参考图与各自坐标系中原点的相对位置关系相同；确定第一检测图中工件的质心在第一坐标系中的位置作为第一位置，并确定第一参考图中工件的质心在第二坐标系中的位置作为第二位置；根据第一位置和第二位置之间的位置差确定平移量，并根据平移量对第一检测图进行平移，使第一检测图中工件的质心在第一坐标系中的第一位置与第一参考图中工件的质心在第二坐标系中的第二位置相同；

并且，在对第一参考图进行旋转之前，工件检测方法进一步包括：根据平移量对第一检测图进行平移。

进一步地，根据本发明的工件检测方法可以进一步包括：

根据平移量和/或第二角度偏差值，对第一检测图进行旋转和平移，将经旋转和/或平移后的第一检测图与第一参考图进行比对，确定第一检测图中工件的质量；和/或

根据平移量和/或第二角度偏差值拾取工件。

此外，在对第一检测图进行多次旋转之前，根据本发明的工件检测方法可以进一步包括：对第一检测图和第一参考图进行插值。

可选地，对第一检测图和第一参考图进行插值可以包括：

通过亚像素边缘定位方法对第一检测图和第一参考图中工件的边缘进行定位，并根据定位的边缘进行插值。

此外，上述第一角度可以大于第二角度。

此外，上述第一检测图和第一参考图可以均为二值化处理后的图像。

根据本发明的另一方面，提供了一种工件检测装置。

根据本发明的工件检测装置包括：抽样模块，用于对待检测的工件的第一检测图进行抽样，得到第二检测图，并对工件所对应的第一参考图进行抽样，得到第二参考图，其中，第一检测图由对待检测的工件进行拍照得到；第一处理模块，用于以预定的第一角度对第二检测图进行多次旋转，在每次旋转后，将当前旋转后的第二检测图与第二参考图相减，得到差值，直至得到的差值为第一最小差值，将得到第一最小差值时对第二检测图旋转的总角度确定为第一角度偏差值；范围确定模块，基于第一角度偏差值以及预定的角度误差，得到旋转角度范围；第二处理模块，用于在旋转角度范围内以第二角度对第一检测图进行多次旋转，在每次旋转后，将当前旋转后的第一检测图与第一参考图相减，得到差值，直至得到的差值为第二最小差值，并将得到第二最小差值时对第一检测图旋转的总角度确定为第二角度偏差值。

根据本发明的工件检测装置可以进一步包括：

尺寸比对模块，用于在抽样模块对第一检测图和第一参考图进行抽样之前，确定第一检测图中工件的尺寸参数，将确定的尺寸参数与预先保存的多个参考图中工件的尺寸参数进行比对；

图像确定模块，用于将多个参考图中工件的尺寸参数与第一检测图中工件的尺寸参数相匹配的参考图确定为工件所对应的第一参考图。

进一步而言，根据本发明的工件检测装置还可以包括：工件数量确定模块，用于在尺寸比对模块确定第一检测图中工件的尺寸参数之前，确定第一检测图和多个参考图中的每一个所包含的工件数量；并且，在第一检测图所包含的工件数量或所确定的参考图所包含的工件数量为多个的情况下，停止后续处理。

此外，上述尺寸比对模块用于确定第一检测图中工件的最小外接矩形或最大内接矩形的尺寸参数，作为第一检测图中工件的尺寸参数；

并且，尺寸比对模块还用于将第一检测图中工件的最小外接矩形或最大内接矩形的尺寸参数、与多个检测图中所包含工件的最小外接矩形或最大内接矩形的尺寸参数进行比较。

此外，在一个实施例中，上述第一处理模块还用于在对第一检测图旋转之前，基于第一检测图建立第一坐标系，并基于第一参考图建立第二坐标系，第一检测图和第一参考图与各自坐标系中原点的相对位置关系相同；第一处理模块进一步用于确定第一检测图中工件的质心在第一坐标系中的位置作为第一位置，并确定第一参考图中工件的质心在第二坐标系中的位置作为第二位置；以及用于根据第一位置和第二位置之间的位置差确定平移量，并根据平移量对第一检测图进行平移，使第一检测图中工件的质心在第一坐标系中的第一位置与第一参考图中工件的质心在第二坐标系中的第二位置相同；

并且，在对第一参考图进行旋转之前，第一处理模块根据平移量对第一检测图进行平移。

进一步地，根据本发明实施例的工件检测装置还可以包括：质量检测模块，用于根据平移量和/或第二角度偏差值，对第一检测图进行旋转和平移，将经旋转和/或平移后的第一检测图与第一参考图进行比对，确定第一检测图中工件的质量；和/或控制模块，用于根据平移量和/或第二角度偏差值控制工件拾取设备，以拾取工件。

此外，可选地，上述第二处理模块还用于在对第一检测图进行多次旋转之前，对第一检测图和第一参考图进行插值，其中，第二处理模块通过亚像素边缘定位方法对第一检测图和第一参考图中工件的边缘进行定位，并根据定位的边缘进行插值。

此外，上述第一角度可以大于第二角度；上述第一检测图和第一参考图可以均为二值化处理后的图像。

本发明能够实现以下技术效果：

(1)本发明在对图像抽样后进行旋转和相减，得到初步结果(第一角度偏差值)后，再在旋转未经抽样的图像之前参照该初步结果，能够有效减少旋转过程所需的运算量，节省了处理时间；另外，本发明将检测图与参考图进行相减来确定两个图像之间的角度差异，不仅能够准确地确定两个图像之间的差异，而且运算方法简单、运算量小，无需复杂的函数运算；不仅如此，这种图像相减的方法适用于所有形状的工件，不论工件的形状是否复杂、特征和轮廓是否明显，相减后的结果都能够准确体现出两个图像之间的差异，而无需借助复杂的算法来描述工件的形状以及确定两个图像是否匹配；

(2)在本发明的一个实施例中，通过根据尺寸参数来确定与检测图中工件对应的参考图，能够保证相比对的检测图和参考图中包含的工件为同种工件，避免因为将包含不同种工件的图像进行比对而导致输出无效结果的问题，防止进行无用的处理和运算；

(3)在本发明的一个实施例中，通过预先确定检测图和参考图中所包含工件的数量，并在工件数量多于一个的情况下停止后续处理(包括抽样、旋转等)，能够预先发现图像中所包含工件的数量是否满足要求，避免因为将包含多个工件的图像进行后续的旋转、比对等处理而造成处理出现错误的问题；

(4)在本发明的一个实施例中，基于最小外接矩形或最大内接矩形的尺寸参数来确定与检测图进行比较的参考图，其处理方式简单，处理效率较高；

(5)在本发明的一个实施例中，通过确定检测图和参考图中工件的质心位置并对检测图进行平移，不仅能够确定检测图中工件的位置相比于参考图中的工件是否存在偏差以及偏差的大小(平移量)，而且能够让后续的图像旋转和相减操作均基于质心处于相同位置的工件执行，从而让图像的相减结果更加准确地反应检测图与参考图之间的角度差异；

(6)在本发明的一个实施例中，通过确定平移量和第二角度偏差值，能够为后续对于工件表面、工件材质、工件外形等质量检测提供帮助，而且还能够为工件的拾取(例如，可以是夹持)和输送提供有效的位置参照；

(7)在本发明的一个实施例中，在对第一检测图和第一参考图进行旋转之前，对第一检测图和第一参考图进行插值，能够更加准确地确定不同角度下第一检测图与第一参考图之间的差，从而让确定的第二角度偏差值更加精确；

(8)在本发明的一个实施例中，通过采用亚像素边缘检测方法进行插值，能够提高检测结果的精确度，使精确度达到亚像素级别；

(9)在本发明的一个实施例中，在得到初步结果(第一角度偏差值)的过程中以较大的角度进行多次旋转抽样后的检测图，在得到后续精确结果的过程中以较小的角度多次旋转未抽样的检测图，既能够保证对抽样后检测图进行旋转的效率，还能够保证对未抽样的检测图进行旋转的精度，从而在不影响角度偏差确定结果精确度的前提下，减少旋转处理所需的计算量；

(10)在本发明的一个实施例中，检测图和参考图均为二值化处理后的图像，这样，在后续进行抽样、旋转以及相减等操作时，所基于的图像已经排除了因为噪声、光线等干扰因素对图像质量所造成的不良影响，从而提高了检测的精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明一实施例的工件检测方法的流程图；

图2是根据本发明另一实施例的工件检测方法的流程图；

图3是示出根据本发明实施例工件参考图的示意图；

图4a至图4c是根据本发明实施例对检测图进行旋转并与参考图进行比对的示意图；

图5是本发明实施例的工件检测装置的框图。

具体实施方式

此说明性实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。

此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。

根据本发明的实施例，提供了一种工件检测方法。

如图1所示，根据本发明实施例的工件检测方法包括：

步骤S101，对待检测的工件的第一检测图进行抽样，得到第二检测图，并对工件所对应的第一参考图(该参考图中所包含的工件与待检测工件为同种工件，参考图也可以被称为定位图)进行抽样，得到第二参考图，其中，第一检测图由对待检测的工件进行拍照得到；

步骤S103，以预定的第一角度对第二检测图进行多次旋转，在每次旋转后，将当前旋转后的第二检测图与第二参考图相减，得到差值，直至得到的差值为第一最小差值，将得到该最小差值时对第二检测图旋转的总角度确定为第一角度偏差值；

步骤S105，基于第一角度偏差值以及预定的角度误差，得到旋转角度范围；

步骤S107，在旋转角度范围内以第二角度对第一检测图进行多次旋转，在每次旋转后，将当前旋转后的第一检测图与第一参考图相减，得到差值，直至得到的差值为第二最小差值，并将得到该最小差值时对第一检测图旋转的总角度确定为第二角度偏差值。

基于上述处理，在得到第二角度偏差值之后，即可确定第一检测图中的工件与第一参考图中的工件之间的角度偏差，从而完成对工件的定位检测。根据该第二角度偏差值，即可对第一检测图进行旋转，之后用旋转后的第一检测图与参考图进行比对，进而确定工件是否存在外形上的缺陷。此外，还可以根据该角度来调整夹具等用于拾取工件的设备的当前角度，为工件的拾取和输送提供参照。

在一个实施例中，对第一检测图和第一参考图执行的抽样处理可以是降采样，也可以是像素均值滤波，或者也可以是其他能够降低图像的分辨率和/或尺寸的处理。相比于原图，经过抽样后的第一检测图(即，第二检测图)和第一参考图(即，第二参考图)所占的空间都会明显减小，在旋转第二检测图时所需的计算量就会明显降低，相应地，在将第二检测图与第二参考图进行相减时，所需的计算量同样会减少。因此，本发明能够降低检测过程的运算量和复杂度，提高处理效率，适用于在线检测等对于时间要求较为严格的场景。

具体而言，将两个图像相减可以理解为将两个图像中相应像素的像素值分别相减，之后将所有像素相减后得到的结果进行加和，如果相减的两个像素相同(即，像素值相同)，则相减后的结果为0，因此，最终的加和结果就反映了两个图像之间的差异大小。

假设图像E和图像F均包含4个像素，在图像E和图像F中，这4个像素均呈“田”字型分布。在将图像E和图像F相减时，将图像E中位于左上角位置像素的像素值与图像F中位于左上角位置像素的像素值相减得到结果1，将图像E中位于右上角位置像素的像素值与图像F中位于右上角位置像素的像素值相减得到结果2，将图像E中位于左下角位置像素的像素值与图像F中位于左下角位置像素的像素值相减得到结果3，将图像E中位于右下角位置像素的像素值与图像F中位于右下角位置像素的像素值相减得到结果4。结果1+结果2+结果3+结果4所得到的加和结果，就反映了图像E和图像F之间的差异。如果结果1至结果4均为0，则加和结果同样为0，表示图像E和图像F完全相同。

如果图E和图F均为二值化后的图像，且图像E的4个像素与图像F中对应的4个像素均不相同，则结果1至结果4均为1，加和后的结果为4，表示图像E和图像F完全不同。

另外，本发明首先基于抽样后的图像进行旋转，得到第一角度偏差值，之后基于该第一角度偏差值以及预定角度误差来旋转未经抽样的图像，确定第二角度偏差值。由于在旋转未抽样的图像时可以参照第一角度偏差值，而无需在360°范围内进行旋转，所以不仅减少了旋转图像的运算量，而且保证了角度偏差检测的精确度。

在实际应用中，假设对于工件M进行拍照后得到检测图A，工件M的同种工件的参考图为参考图B。在对检测图A进行抽样后，得到检测图A’；在对参考图B进行抽样后，得到参考图B’。假设第一角度为2°，则在旋转检测图A’时，可以沿顺时针方向旋转检测图A’，每次旋转2°。

具体地，在第一次旋转检测图A’后，检测图A’相比于原位置的角度偏差为2°，此时，将一次旋转后的检测图A’与参考图B’进行相减后，得到的差值为x1；

在第一次旋转的基础上，沿顺时针方向对检测图A’进行第二次旋转，第二次旋转后的检测图A’的总旋转角度为4°，将第二次旋转后的检测图A’与参考图B’进行相减后，得到的差值为x2，其中，x1>x2；

在第二次旋转的基础上，沿顺时针方向对检测图A’进行第三次旋转，第三次旋转后的检测图A’的总旋转角度为6°，将第三次旋转后的检测图A’与参考图B’进行相减后，得到的差值为x3，其中，x1>x2>x3；

在第三次旋转的基础上，沿顺时针方向对检测图A’进行第四次旋转，第四次旋转后的检测图A’的总旋转角度为8°，将第四次旋转后的检测图A’与参考图B’进行相减后，得到的差值为x4，其中，x1>x2>x3>x4；

在第四次旋转的基础上，沿顺时针方向对检测图A’进行第五次旋转，第五次旋转后的检测图A’的总旋转角度为10°，将第五次旋转后的检测图A’与参考图B’进行相减后，得到的差值为x5，其中，x1>x2>x3>x4，但是x5<x4；这样就表明，在得到差值x4时(检测图A’的总旋转角度为8°)，检测图A’中的工件与参考图B’中的工件角度最为接近，即可确定x4为第一最小差值，进而确定该8°为第一角度偏差值(可以认为该8°为粗定位结果)。

接下来，基于该8°和预定的角度误差来确定旋转范围，该旋转范围用于进行精确定位。假设角度误差为±3°，则基于第一角度偏差值8°，即可确定该旋转范围为5°至11°；之后，即可在5°至11°的旋转范围内旋转检测图A，并在每次旋转后将检测图A与参考图B进行相减。

具体地，基于该旋转范围，可以首先沿着顺时针方向，将检测图A旋转5°，在首次旋转检测图A后，将检测图A与参考图B相减，得到差值y1，此时，检测图A的总旋转角度为5°；

在首次旋转基础上，以第二角度沿顺时针方向继续旋转检测图A，假设第二角度为1°，则在第二次旋转检测图A之后，检测图A的总旋转角度为6°，将检测图A与参考图B相减，得到差值y2，其中，y1>y2；

在第二次旋转基础上，对检测图A进行第三次旋转；第三次旋转之后的检测图A的总旋转角度为7°(即，第一检测图的总旋转角度)，将检测图A与参考图B相减，得到差值y3，其中，y1>y2>y3；

在第三次旋转基础上，对检测图A进行第四次旋转；第四次旋转之后的检测图A的总旋转角度为8°，将检测图A与参考图B相减，得到差值y4，其中，y1>y2>y3，y4>y3；这样就表明，在得到差值y3时(检测图A的总旋转角度为7°)，检测图A中的工件与参考图B中的工件角度最为接近，y3为第二最小差值，进而可确定该7°为第二角度偏差值(可以认为该7°为精确定位结果)。

通过以上处理可以看出，由于可以参考粗定位结果，所以在旋转未经抽样的检测图时，旋转的次数可以明显减少，仅在一定范围内旋转即可，从而降低了运算量和复杂度；此外，所以在得到第二角度偏差值时，不仅因为相减的图像的分辨率更高而能够提高准确性，还可以通过将第二角度设置为小于第一角度，以更小的角度多次旋转并完成比对，从而进一步提高检测精确度。

此外，数据库中往往会保存多个参考图，这些参考图中包含很多种类的工件。为了对当前工件进行检测，需要将当前工件的检测图与参考图进行相减操作，因此，参与相减操作的参考图中所包含的工件与当前待检测工件应当为同种工件，否则就会导致输出无效的检测结果。在一个实施例中，在对第一检测图和第一参考图进行抽样之前，上述工件检测方法可以进一步包括：确定第一检测图中工件的尺寸参数(可以包括长度、宽度和/或面积等参数)，将确定的尺寸参数与预先保存的多个参考图中工件的尺寸参数进行比对；将多个参考图中工件的尺寸参数与第一检测图中工件的尺寸参数相匹配的参考图确定为工件所对应的第一参考图。

通过根据尺寸参数来确定与检测图中工件对应的参考图，能够保证相比对的检测图和参考图中包含的工件为同种工件，避免因为将包含不同种工件的图像进行比对而导致输出无效结果的问题；不仅如此，尺寸参数的获得和比对都很容易实现，处理效率较高。

在一个进一步的实施例中，在确定尺寸参数时，可以确定第一检测图中工件的最小外接矩形(或者，也可以是最大内接矩形)的尺寸参数；

并且，在将确定的尺寸参数与预先保存的多个参考图中工件的尺寸参数进行比对时，可以将第一检测图中工件的最小外接矩形(或者，也可以是最大内接矩形)的尺寸参数、与多个检测图中所包含工件的最小外接矩形(或者，也可以是最大内接矩形)的尺寸参数进行比较。

这样，基于最小外接矩形或最大内接矩形的尺寸参数来确定与检测图进行比较的参考图，其处理方式简单，处理效率较高。

此外，不论是确定与第一检测图中工件所对应的第一参考图，还是将检测图与参考图进行相减，都需要保证检测图和参考图中的每一个所包含的工件数量为一个，否则将导致检测过程出现错误。在一个实施例中，在确定第一检测图中工件的尺寸参数之前(即，在根据尺寸参数确定与第一检测图进行比对的第一参考图之前)，根据本发明的工件检测方法可以进一步包括：

确定第一检测图和多个参考图中的每一个所包含的工件数量；

在第一检测图所包含的工件数量或所确定的参考图所包含的工件数量为多个的情况下，停止后续处理。

通过预先确定检测图和参考图中所包含工件的数量，并在工件数量多于一个的情况下停止后续处理(包括确定尺寸参数、抽样、旋转等)，能够预先发现图像中所包含工件的数量是否满足要求，避免因为将包含多个工件的图像进行后续的旋转、比对等处理而造成处理出现错误的问题。

此外，由于第一检测图中工件所在的位置与第一参考图中工件所在的位置可能不同，两者在位置上存在差异，这样就可能影响到后续通过执行相减操作确定角度偏差值的准确性。为了确定并消除这种位置差异，在一个实施例中，在对第一检测图进行旋转之前，根据本发明的工件检测方法进一步包括：

基于第一检测图建立第一坐标系，并基于第一参考图建立第二坐标系，第一检测图和第一参考图与各自坐标系中原点的相对位置关系相同；例如，该步骤可以理解为，基于第一检测图建立一个坐标系，第一检测图的左下角位于坐标系的原点位置，基于第一参考图也建立一个坐标系，第一参考图的左下角同样位于该坐标系的原点位置；

确定第一检测图中工件的质心在第一坐标系中的位置作为第一位置，并确定第一参考图中工件的质心在第二坐标系中的位置作为第二位置；

根据第一位置和第二位置之间的位置差确定平移量，并根据平移量对第一检测图进行平移，使第一检测图中工件的质心在第一坐标系中的第一位置与第一参考图中工件的质心在第二坐标系中的第二位置相同。假设第一坐标系中第一检测图中工件的质心在第一坐标系中的坐标位置为(5，5)，而第一参考图中工件的质心在第二坐标系中的坐标位置为(4，5)，则此时需要对第一检测图进行平移，使得第一检测图中工件的质心在第一坐标系中所在的坐标位置同样为(4，5)。这样，在确定第一角度偏差值时，对于第一检测图执行的抽样、旋转、相减等操作，所基于的都是经过平移后的第一检测图。

或者，在另一实施例中，在确定第一角度偏差值时，也可以先进行抽样得到第二参考图，之后再对第二参考图进行平移，最后在进行旋转和比对，即，可以将抽样放在平移之前执行。

类似地，在确定第二角度偏差值时，在对第一检测图进行旋转之前，可以先根据之前确定的平移量对第一检测图进行平移，之后进行插值；或者，也可以先对第一检测图和第一参考图进行插值，之后再对插值后的第一检测图进行平移。

通过确定检测图和参考图中工件的质心位置并对检测图进行平移，不仅能够确定检测图中工件的位置是否存在偏差以及偏差的大小(平移量)，而且能够让后续的图像旋转和相减操作均基于质心处于相同位置的工件执行，从而让图像的相减结果更加准确地反应检测图与参考图之间的角度差异，提高检测的精确度。

此外，根据本发明的一个实施例，在得到平移量和第二角度偏差值之后，可以根据平移量和/或第二角度偏差值，对第一检测图进行旋转和平移，将经旋转和/或平移后的第一检测图与第一参考图进行比对，确定第一检测图中工件的质量。不仅如此，还可以根据平移量和/或第二角度偏差值拾取工件。

通过确定平移量和第二角度偏差值，能够为后续对于工件表面、工件材质、工件外形等质量检测提供帮助，而且还能够为工件的夹持和输送提供有效的位置参照。

此外，为了提高第二角度偏差值的精确度，根据本发明的实施例，在对第一检测图进行多次旋转之前，可以对第一检测图和第一参考图进行插值。

这样，能够更加准确地确定不同角度下第一检测图与第一参考图之间的差，从而让确定的第二角度偏差值更加精确。

在一个实施例中，在插值的过程中，可以通过亚像素边缘定位方法对第一检测图和第一参考图中工件的边缘进行定位，并根据定位的边缘进行插值。这样，能够提高检测结果的精确度，使精确度达到亚像素级别。

在其他实施例中，在进行插值时，也可以采用其他插值算法，例如，可以用其他的亚像素取边缘的计算方法进行替代，也可以采用非亚像素级别的插值方法。

此外，可选地，上述第一检测图和第一参考图均为二值化处理后的图像。也就是说，在旋转、抽样、相减等操作过程中，所采用的图像都是二值图，由于二值图像已经排除了因为噪声、光线等干扰因素对图像质量所造成的不良影响，从而能够提高检测的精确度，同时二值图的内容更加简单，所以还能够减少计算量。

图2是根据本发明一个实施例的工件检测方法的流程图，其中示出了采用本发明的工件检测方法对工件进行检测的一种具体过程。

如图2所示，其步骤如下：

参考图标定过程：

对参考图中工件目标个数进行识别，如果工件个数为1个，就取最小外接矩形，记录工件面积、长宽、质心坐标以及工件原图；如果工件数量大于或等于2个、或者为0，均进行报错；例如，参见图3，对于图中所示的圆形工件，如果识别黑色区域的连通域个数为1，则记录工件面积、长宽、质心坐标以及工件原图。

检测图定位过程：

首先，对于检测图，识别工件个数；

接下来，进行二值化处理，得到二值图(与图3的形式类似，同样是黑白图)，并根据参考图标定过程获得的面积等参数，对定位目标进行匹配识别，如果两者的面积、长度、宽度等差距在一定范围内，则认为检测图与参考图已经匹配；

之后，找到匹配工件(即，找到与检测图中工件对应的参考图)并计算工件的质心坐标，与参考图的质心坐标进行对比，获得质心坐标的平移量；

比对过程：

首先，将检测图进行平移，使检测图和参考图中工件的质心位于同一位置后，对检测图和检测图都进行抽样；

之后，对抽样后的检测图进行旋转，每次旋转1°，然后与抽样后的参考图进行相减，统计白点个数(差异像素点)；在旋转过程中，随着旋转操作的不断进行，检测图中工件与参考图中工件之间的角度偏差越来越小，白点(差异像素点)的变化如图4a至图4c所示。具体而言，在图4a中，检测图和参考图之间的角度偏差较大，所以差异较大，体现在图a中就是白点的数量较多；在图4b中，检测图和参考图的之间的角度差异正在变小，白点数量减少(即，白色区域面积变小)；在图4c中，检测图和参考图的角度差异在图4b的基础上进一步变小。最终，图中应当几乎看不到白点，白点的数量达到最少，此时，获得当前的旋转角度(即，获得第一角度偏差值)；

然后，对参考图和检测图进行插值，再次进行平移(使插值后的参考图和检测图中工件的质心位于同一位置)和旋转的计算，由于已经存在初步的定位结果(第一角度偏差值)，所以旋转过程不用进行360°旋转，只需要在原有定位基础上进行，大量的节省了计算量；具体而言，在初步旋转角度(第一角度偏差值)的±3°内旋转插值后的检测图，每次旋转的步长可以设置的比较小(小于1°)，在得到的白点最少时，记录检测图的旋转角度(第二角度偏差值)；

最后，输出检测图与参考图之间的平移量和旋转量(第二角度偏差值)。

根据本发明的实施例，还提供了一种工件检测装置。

如图5所示，根据本发明实施例的工件检测装置包括：

抽样模块51，用于对待检测的工件的第一检测图进行抽样，得到第二检测图，并对所述工件所对应的第一参考图进行抽样，得到第二参考图，其中，所述第一检测图由对所述待检测的工件进行拍照得到；

第一处理模块52，用于以预定的第一角度对所述第二检测图进行多次旋转，在每次旋转后，将当前旋转后的第二检测图与所述第二参考图相减，得到差值，直至得到的差值为第一最小差值，将得到所述第一最小差值时对所述第二检测图旋转的总角度确定为第一角度偏差值；

范围确定模块53，基于所述第一角度偏差值以及预定的角度误差，得到旋转角度范围；

第二处理模块54，用于在所述旋转角度范围内以第二角度对所述第一检测图进行多次旋转，在每次旋转后，将当前旋转后的第一检测图与所述第一参考图相减，得到差值，直至得到的差值为第二最小差值，并将得到所述第二最小差值时对所述第一检测图旋转的总角度确定为第二角度偏差值。

此外，在一个实施例中，根据本发明的工件检测装置可以进一步包括：

尺寸比对模块(未示出)，用于在所述抽样模块51对所述第一检测图和所述第一参考图进行抽样之前，确定所述第一检测图中工件的尺寸参数，将确定的所述尺寸参数与预先保存的多个参考图中工件的尺寸参数进行比对；

图像确定模块(未示出)，用于将所述多个参考图中工件的尺寸参数与所述第一检测图中工件的尺寸参数相匹配的参考图确定为所述工件所对应的所述第一参考图。

通过根据尺寸参数来确定与检测图中工件对应的参考图，能够保证相比对的检测图和参考图中包含的工件为同种工件，避免因为将包含不同种工件的图像进行比对而导致输出无效结果的问题。

此外，在一个实施例中，根据本发明的工件检测装置可以进一步包括：

工件数量确定模块(未示出)，用于在所述尺寸比对模块确定所述第一检测图中所述工件的尺寸参数之前，确定所述第一检测图和所述多个参考图中的每一个所包含的工件数量；并且，在所述第一检测图所包含的工件数量或所确定的所述参考图所包含的工件数量为多个的情况下，通知其他模块停止后续处理。

通过预先确定检测图和参考图中所包含工件的数量，并在工件数量多于一个的情况下停止后续处理(包括抽样、旋转等)，能够预先发现图像中所包含工件的数量是否满足要求，避免因为将包含多个工件的图像进行后续的旋转、比对等处理而造成处理出现错误的问题。

此外，在本发明的一个实施例中，所述尺寸比对模块用于确定所述第一检测图中工件的最小外接矩形或最大内接矩形的尺寸参数，将该矩形的尺寸参数作为所述第一检测图中所述工件的尺寸参数；并且，所述尺寸比对模块还用于将所述第一检测图中所述工件的最小外接矩形或最大内接矩形的尺寸参数、与所述多个检测图中所包含工件的最小外接矩形或最大内接矩形的尺寸参数进行比较。

通过最小外接矩形或最大内接矩形的尺寸参数来确定与检测图进行比较的参考图，其处理方式简单，处理效率较高。

此外，在本发明的一个实施例中，所述第一处理模块52还用于在对所述第一检测图旋转之前，基于所述第一检测图建立第一坐标系，并基于所述第一参考图建立第二坐标系，所述第一检测图和所述第一参考图与各自坐标系中原点的相对位置关系相同；所述第一处理模块52进一步用于确定所述第一检测图中工件的质心在所述第一坐标系中的位置作为第一位置，并确定所述第一参考图中工件的质心在所述第二坐标系中的位置作为第二位置；以及用于根据所述第一位置和所述第二位置之间的位置差确定平移量，并根据所述平移量对所述第一检测图进行平移，使所述第一检测图中工件的质心在第一坐标系中的第一位置与所述第一参考图中工件的质心在第二坐标系中的第二位置相同；

并且，在对所述第一参考图进行旋转之前，所述第一处理模块52根据所述平移量对所述第一检测图进行平移。

通过确定检测图和参考图中工件的质心位置并对检测图进行平移，不仅能够确定检测图中工件的位置是否存在偏差以及偏差的大小(平移量)，而且能够让后续的图像旋转和相减操作均基于质心处于相同位置的工件执行，从而让图像的相减结果更加准确地反应检测图与参考图之间的角度差异。

此外，在本发明的一个实施例中，根据本发明的工件检测装置可以进一步包括：

质量检测模块(未示出)，用于根据所述平移量和/或所述第二角度偏差值，对所述第一检测图进行旋转和平移，将经旋转和/或平移后的第一检测图与所述第一参考图进行比对，确定所述第一检测图中所述工件的质量；和/或

控制模块(未示出)，用于根据所述平移量和/或所述第二角度偏差值控制工件拾取设备(例如，可以是机器手、吸盘等)，以拾取所述工件。

通过平移量和第二角度偏差值，能够为后续对于工件表面、工件材质、工件外形等质量检测提供帮助，而且还能够为工件的拾取(例如，可以是夹持)和输送提供有效的位置参照。

此外，在本发明的一个实施例中，所述第二处理模块54还用于在对所述第一检测图进行多次旋转之前，对所述第一检测图和所述第一参考图进行插值。能够更加准确地确定不同角度下第一检测图与第一参考图之间的差，从而让确定的第二角度偏差值更加精确。

可选地，所述第二处理模块54通过亚像素边缘定位方法对所述第一检测图和所述第一参考图中工件的边缘进行定位，并根据定位的边缘进行插值。通过采用亚像素边缘检测方法进行插值，能够提高检测结果的精确度，使精确度达到亚像素级别。

可选地，上述第一角度大于上述第二角度。这样，既能够保证对抽样后检测图进行旋转的效率，还能够保证对未抽样的检测图进行旋转的精度，从而在不影响角度偏差确定结果精确度的前提下，减少旋转处理所需的计算量。

此外，可选地，上述第一检测图和所述第一参考图均为二值化处理后的图像。这样，在后续进行抽样、旋转以及相减等操作时，所基于的图像已经排除了因为噪声、光线等干扰因素对图像质量所造成的不良影响，从而提高了检测的精确度。

综上所述，借助于本发明的技术方案，能够有效减少运算量，节省了处理时间，而且运算方法简单，无需复杂的函数运算；不仅如此，本发明的方案适用于所有形状的工件，不论工件的形状是否复杂、特征和轮廓是否明显，相减后的结果都能够准确体现出两个图像之间的差异，而无需借助复杂的算法来描述工件的形状以及确定两个图像是否匹配。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种工件检测方法，其特征在于，包括：

对待检测的工件的第一检测图进行抽样，得到第二检测图，并对所述工件所对应的第一参考图进行抽样，得到第二参考图，其中，所述第一检测图由对所述待检测的工件进行拍照得到；

以预定的第一角度对所述第二检测图进行多次旋转，在每次旋转后，将当前旋转后的第二检测图与所述第二参考图相减，得到差值，直至得到的差值为第一最小差值，将得到所述第一最小差值时对所述第二检测图旋转的总角度确定为第一角度偏差值；

基于所述第一角度偏差值以及预定的角度误差，得到旋转角度范围；

在所述旋转角度范围内以第二角度对所述第一检测图进行多次旋转，在每次旋转后，将当前旋转后的第一检测图与所述第一参考图相减，得到差值，直至得到的差值为第二最小差值，并将得到所述第二最小差值时对所述第一检测图旋转的总角度确定为第二角度偏差值。

2.根据权利要求1所述的工件检测方法，其特征在于，在对所述第一检测图和所述第一参考图进行抽样之前，所述工件检测方法进一步包括：

确定所述第一检测图中工件的尺寸参数，将确定的所述尺寸参数与预先保存的多个参考图中工件的尺寸参数进行比对；

将所述多个参考图中工件的尺寸参数与所述第一检测图中工件的尺寸参数相匹配的参考图确定为所述工件所对应的所述第一参考图。

3.根据权利要求2所述的工件检测方法，其特征在于，在确定所述第一检测图中所述工件的尺寸参数之前，所述工件检测方法进一步包括：

确定所述第一检测图和所述多个参考图中的每一个所包含的工件数量；

在所述第一检测图所包含的工件数量或所确定的所述第一参考图所包含的工件数量为多个的情况下，停止后续处理。

4.根据权利要求2所述的工件检测方法，其特征在于，确定所述第一检测图中所述工件的尺寸参数包括：

确定所述第一检测图中工件的最小外接矩形或最大内接矩形的尺寸参数；

并且，将确定的所述尺寸参数与预先保存的多个参考图中工件的尺寸参数进行比对包括：

将所述第一检测图中所述工件的最小外接矩形或最大内接矩形的尺寸参数、与所述多个参考图中所包含工件的最小外接矩形或最大内接矩形的尺寸参数进行比较。

5.根据权利要求1所述的工件检测方法，其特征在于，在对所述第一检测图旋转之前，所述工件检测方法进一步包括：

基于所述第一检测图建立第一坐标系，并基于所述第一参考图建立第二坐标系，所述第一检测图和所述第一参考图与各自坐标系中原点的相对位置关系相同；

确定所述第一检测图中工件的质心在所述第一坐标系中的位置作为第一位置，并确定所述第一参考图中工件的质心在所述第二坐标系中的位置作为第二位置；

根据所述第一位置和所述第二位置之间的位置差确定平移量，并根据所述平移量对所述第一检测图进行平移，使所述第一检测图中工件的质心在第一坐标系中的第一位置与所述第一参考图中工件的质心在第二坐标系中的第二位置相同；

并且，在对所述第一参考图进行旋转之前，所述工件检测方法进一步包括：根据所述平移量对所述第一检测图进行平移。

6.根据权利要求5所述的工件检测方法，其特征在于，进一步包括：

根据所述平移量和/或所述第二角度偏差值，对所述第一检测图进行旋转和平移，将经旋转和/或平移后的第一检测图与所述第一参考图进行比对，确定所述第一检测图中所述工件的质量；和/或

根据所述平移量和/或所述第二角度偏差值拾取所述工件。

7.根据权利要求1所述的工件检测方法，其特征在于，在对所述第一检测图进行多次旋转之前，所述工件检测方法进一步包括：

对所述第一检测图和所述第一参考图进行插值。

8.根据权利要求7所述的工件检测方法，其特征在于，对所述第一检测图和所述第一参考图进行插值包括：

通过亚像素边缘定位方法对所述第一检测图和所述第一参考图中工件的边缘进行定位，并根据定位的边缘进行插值。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的工件检测方法，其特征在于，所述第一角度大于所述第二角度。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的工件检测方法，其特征在于，所述第一检测图和所述第一参考图均为二值化处理后的图像。

11.一种工件检测装置，其特征在于，包括：

抽样模块，用于对待检测的工件的第一检测图进行抽样，得到第二检测图，并对所述工件所对应的第一参考图进行抽样，得到第二参考图，其中，所述第一检测图由对所述待检测的工件进行拍照得到；第一处理模块，用于以预定的第一角度对所述第二检测图进行多次旋转，在每次旋转后，将当前旋转后的第二检测图与所述第二参考图相减，得到差值，直至得到的差值为第一最小差值，将得到所述第一最小差值时对所述第二检测图旋转的总角度确定为第一角度偏差值；

范围确定模块，基于所述第一角度偏差值以及预定的角度误差，得到旋转角度范围；

第二处理模块，用于在所述旋转角度范围内以第二角度对所述第一检测图进行多次旋转，在每次旋转后，将当前旋转后的第一检测图与所述第一参考图相减，得到差值，直至得到的差值为第二最小差值，并将得到所述第二最小差值时对所述第一检测图旋转的总角度确定为第二角度偏差值。

12.根据权利要求11所述的工件检测装置，其特征在于，进一步包括：

尺寸比对模块，用于在所述抽样模块对所述第一检测图和所述第一参考图进行抽样之前，确定所述第一检测图中工件的尺寸参数，将确定的所述尺寸参数与预先保存的多个参考图中工件的尺寸参数进行比对；

图像确定模块，用于将所述多个参考图中工件的尺寸参数与所述第一检测图中工件的尺寸参数相匹配的参考图确定为所述工件所对应的所述第一参考图。

13.根据权利要求12所述的工件检测装置，其特征在于，进一步包括：工件数量确定模块，用于在所述尺寸比对模块确定所述第一检测图中所述工件的尺寸参数之前，确定所述第一检测图和所述多个参考图中的每一个所包含的工件数量；并且，在所述第一检测图所包含的工件数量或所确定的所述第一参考图所包含的工件数量为多个的情况下，停止后续处理。

14.根据权利要求12所述的工件检测装置，其特征在于，所述尺寸比对模块用于确定所述第一检测图中工件的最小外接矩形或最大内接矩形的尺寸参数，作为所述第一检测图中所述工件的尺寸参数；

并且，所述尺寸比对模块还用于将所述第一检测图中所述工件的最小外接矩形或最大内接矩形的尺寸参数、与所述多个参考图中所包含工件的最小外接矩形或最大内接矩形的尺寸参数进行比较。

15.根据权利要求11所述的工件检测装置，其特征在于，所述第一处理模块还用于在对所述第一检测图旋转之前，基于所述第一检测图建立第一坐标系，并基于所述第一参考图建立第二坐标系，所述第一检测图和所述第一参考图与各自坐标系中原点的相对位置关系相同；所述第一处理模块进一步用于确定所述第一检测图中工件的质心在所述第一坐标系中的位置作为第一位置，并确定所述第一参考图中工件的质心在所述第二坐标系中的位置作为第二位置；以及用于根据所述第一位置和所述第二位置之间的位置差确定平移量，并根据所述平移量对所述第一检测图进行平移，使所述第一检测图中工件的质心在第一坐标系中的第一位置与所述第一参考图中工件的质心在第二坐标系中的第二位置相同；

并且，在对所述第一参考图进行旋转之前，所述第一处理模块根据所述平移量对所述第一检测图进行平移。

16.根据权利要求15所述的工件检测装置，其特征在于，进一步包括：质量检测模块，用于根据所述平移量和/或所述第二角度偏差值，对所述第一检测图进行旋转和平移，将经旋转和/或平移后的第一检测图与所述第一参考图进行比对，确定所述第一检测图中所述工件的质量；和/或

控制模块，用于根据所述平移量和/或所述第二角度偏差值控制工件拾取设备，以拾取所述工件。

17.根据权利要求11所述的工件检测装置，其特征在于，所述第二处理模块还用于在对所述第一检测图进行多次旋转之前，对所述第一检测图和所述第一参考图进行插值，

其中，所述第二处理模块通过亚像素边缘定位方法对所述第一检测图和所述第一参考图中工件的边缘进行定位，并根据定位的边缘进行插值。

18.根据权利要求11至17中任一项所述的工件检测装置，其特征在于，所述第一角度大于所述第二角度；

所述第一检测图和所述第一参考图均为二值化处理后的图像。