CN107481244A - 一种工业机器人视觉语义分割数据库制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工业机器人视觉语义分割数据库制作方法,属于数字图像处理技术领域。本发明采集机械零件和工具不同背景、不同样本的图像若干副;将图像中出现的每一种类别的目标区域和背景抠图处理,再进行填充,并对目标区域进行描边操作;再将图像中背景区域和类别区域的像素值归类,将图像转换为cdata格式,将cdata图像与colormap叠加,完成原图像Ground‑truth制作。本发明建立的数据库可用于深度学习网络模型训练、验证、检测,完成深度学习网络对常见常用机械零件和工具的检测识别任务;此外能根据实际需要,建立多种类别的数据库,以满足多类别目标检测和识别任务。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业机器人视觉语义分割数据库制作方法,属于数字图像处理技术领域。
背景技术
近几十年来,工业4.0的迅速普及,工业机器人对目标的检测和识别成为了机器视觉领域研究的热点之一,并成为许多自动化、智能化制造生产系统中不可或缺的一部分。机械零件和工具的检测识别是伴随着现代工业生产应运而生,在现代智能制造中,尤其在自动化装配工作中,能够在不同背景下检测和识别出零件、工具是非常关键的工作环节,它在提高制造工作中的检测、装配、分选、入库的工作效率,降低劳动成本等方面有非常重大的意义。
随着人工智能的不断发展,目前已经出现了众多具备智能检测和识别不同目标的家用机器人,而工业机器人的智能化发展还相对比较滞后;在人工智能技术领域,深度学习是目前比较热门的一个研究领域,而深度学习需要大量样本对神经网络模型进行训练和检测,因此,图像数据库是人工智能的重要基础。
目前,已经有众多的数据库支撑深度学习理论发展和研究,例如:手写数字数据库(MNIST)、Imagenet数据库、COCO(Common Objects in Context)、PASCAL VOC、CIFAR、OpenImage等。然而,上述所有数据库的样本类别均为日常生活中常见的目标,例如:人类;动物(鸟、猫、牛、狗、马、羊);交通工具(飞机、自行车、船、公共汽车、小轿车、摩托车、火车);室内(瓶子、椅子、餐桌、盆栽植物、沙发、电视)等。真正适用于工业机器人平台视觉检测和识别任务的语义分割的标准数据库却极为少见,制约了深度学习在机械工业领域的应用和扩展。
本发明由国家自然科学基金项目(No.61461022和No.61302173)资助研究,主要在于提出一种工业机器人视觉语义分割数据库制作方法,解决机械领域语义分割标准数据库的建立和制作问题,为深度学习在机械工业领域的应用和扩展提供数据支持。
发明内容
本发明提供了一种工业机器人视觉语义分割数据库制作方法,主要利用PhotoShop和Matlab软件解决机械领域语义分割标准数据库的建立和制作问题,为深度学习在机械工业领域的应用和扩展提供数据支持。
本发明的技术方案是:一种工业机器人视觉语义分割数据库制作方法,首先,利用图像采集设备采集机械零件和工具不同背景、不同样本的图像若干副;然后将图像中出现的每一种类别的目标区域和背景抠图处理,分别利用一种颜色对目标区域和背景区域进行填充,并对目标区域进行描边操作;再将图像中背景区域和类别区域的像素值分别归为0~5,将图像转换为cdata格式,将cdata图像与colormap叠加,完成原图像Ground-truth制作。
所述方法的具体步骤如下:
Step1、首先利用图像采集设备对5种常见机械零件和工具不同背景、不同样本的图像若干副,5种常见机械零件和工具包括轴承、起子、齿轮、钳子、扳手;其次图像采集时利用不同背景、不同数量、相同类别不同样本工具的场景,实现采集得到的图像多样化;
Step2、对采集得到的图像利用PhotoShop软件对图像中出现的不同类别区域抠图,将抠出的区域利用对应的RGB值进行填充和描边处理,将所有背景区域填充为黑色,将图像保存为PNG格式;
Step3、利用Matlab软件对保存的PNG格式的图像进行处理;首先将图像中背景区域和类别区域的像素值分别归为0~5,将图像转换为cdata格式;然后将cdata图像与colormap叠加,并将图像保存为PNG格式;
Step4、将Step2中保存的所有PNG格式的图像批处理;利用Matlab软件循环Step3进行批处理,将多有图像保存为PNG格式,完成原图像Ground-truth制作。
所述步骤Step1中,采集目标图像的主要步骤如下:
Step1.1、将不同工件、工具目标随意摆放于不同背景之中,利用光学采集设备,从不同高度、角度采集图像;
Step1.2、更换工件、工具目标的数量和类别以及背景,利用光学采集设备,从不同高度、角度采集图像,直至目标类别、数量背景满足实际需要;
所述步骤Step2中,利用PhotoShop软件对图像进行处理的主要步骤如下:
Step2.1、利用PhotoShop软件对图像中出现的不同类别区域抠图,对图像中出现的轴承、起子、齿轮、钳子、扳手区域,利用快速选择工具选择该区域,不同类别的目标区域分别利用“填充”命令分别利用不同的RGB值进行填充;为保证制作的数据集的准确无误,避免区域内出现渐变色像素点,对不同类别区域利用对应的RGB值进行多次的填充;
其中,轴承、起子、齿轮、钳子、扳手所在区域填充的颜色的RGB值分别为(0,128,0)、(128,128,0)、(128,0,0)、(128,0,128)、(0,128,128);
Step2.2、利用“反向选择”命令选择所有背景区域,将背景区域填充为黑色,对应的RGB值为(0,0,0);再次选择目标区域,利用“描边”命令对所有目标区域进行描边,描边颜色为白色,描边宽度为2个像素点宽度,位置居外,对应像素值为(255,255,255),对描边区域进行多次描边;
Step2.3、最后将经过PhotoShop软件上述处理的图像保存为“PNG”格式。
所述步骤Step3中,利用Matlab软件对保存的PNG格式的图像进行处理的主要步骤如下:
Step3.1、利用matlab软件命令“rgb2gray(image)”将步骤Step 2中得到的PNG图像,转换为灰度图像;
Step3.2、利用for循环将灰度图中轴承、起子、齿轮、钳子、扳手不同类别目标所在区域的像素值分别归为1、2、3、4、5,将描边区域的像素值归为255,背景区域的像素值归为0,将图像转换为cadata格式;
其中,轴承、起子、齿轮、钳子、扳手所在区域填充的颜色对应的RGB值(0,128,0)、(128,128,0)、(128,0,0)、(128,0,128)、(0,128,128),其像素值分别为75、113、38、53、90;
Step3.3、利用matlab软件命令“imwrite”,将得到的cadata格式图像与colormap结合,并保存为PNG图像,最终Groundtruth制作完成。
本发明的有益效果是:
(1)本发明所述方法简单便捷、通俗易懂,可操作性较强;
(2)本发明所述方法能够制作适用于语义分割的数据库,制作完成的数据库能够满足深度学习神经网络模型的训练和测试;完成深度学习网络对常见常用机械零件和工具的检测识别任务,提高了工业机器人对工件的检测识别能力,从而实现工业机器人人工智能化的目的;
(3)本发明所述方法能够满足多类别(>5种)任务需求,可利用该方法根据实际需要,建立多种类别(大于5种)的数据库,以满足多类别目标检测和识别任务。
附图说明
图1是本发明的方法流程图;
图2是本发明采集获得图像示意图;
图3是本发明目标区域填充之后图像示意图;
图4是本发明像素值归类之后制作完成Groundtruth图像。
具体实施方式
实施例1:如图1-4所示,一种工业机器人视觉语义分割数据库制作方法,首先,首先、利用图像采集设备采集5种常见机械零件和工具(轴承、起子、齿轮、钳子、扳手)不同背景、不同样本的图像若干副;然后对利用PhotoShop软件将图像中出现的每一种类别的目标区域和背景抠图处理,分别利用一种颜色对目标区域和背景区域进行填充,并对目标区域进行描边操作;利用Matlab软件将图像中背景区域和类别区域的像素值分别归为0~5,将图像转换为cdata格式,将cdata图像与colormap叠加,完成原图像Ground-truth制作。
所述方法的具体步骤如下:
Step1、首先利用图像采集设备对5种常见机械零件和工具不同背景、不同样本的图像若干副,5种常见机械零件和工具包括轴承、起子、齿轮、钳子、扳手;其次图像采集时利用不同背景、不同数量、相同类别不同样本工具的场景,实现采集得到的图像多样化;
Step2、对采集得到的图像利用PhotoShop软件对图像中出现的不同类别区域抠图,将抠出的区域利用对应的RGB值进行填充和描边处理,将所有背景区域填充为黑色,将图像保存为PNG格式;
Step3、利用Matlab软件对保存的PNG格式的图像进行处理;首先将图像中背景区域和类别区域的像素值分别归为0~5,将图像转换为cdata格式;然后将cdata图像与colormap叠加,并将图像保存为PNG格式;
Step4、将Step2中保存的所有PNG格式的图像批处理;利用Matlab软件循环Step3进行批处理,将多有图像保存为PNG格式,直至所有完成所有原图像Ground-truth制作。
所述步骤Step1中,采集目标图像的主要步骤如下:
Step1.1、将不同工件、工具目标随意摆放于不同背景之中,利用光学采集设备,从不同高度、角度采集图像;
Step1.2、更换工件、工具目标的数量和类别以及背景,利用光学采集设备,从不同高度、角度采集图像,直至目标类别、数量背景满足实际需要;
所述步骤Step2中,利用PhotoShop软件对图像进行处理的主要步骤如下:
Step2.1、利用PhotoShop软件对图像中出现的不同类别区域抠图,对图像中出现的轴承、起子、齿轮、钳子、扳手区域,利用快速选择工具选择该区域,不同类别的目标区域分别利用“填充”命令分别利用不同的RGB值进行填充;为保证制作的数据集的准确无误,避免区域内出现渐变色像素点,对不同类别区域利用对应的RGB值进行多次的填充;
其中,轴承、起子、齿轮、钳子、扳手所在区域填充的颜色的RGB值分别为(0,128,0)、(128,128,0)、(128,0,0)、(128,0,128)、(0,128,128);如图3所示,为轴承填充之后的图像示意图,其中,两条环形边缘之间区域的颜色RGB值为(0,128,0);
Step2.2、利用“反向选择”命令选择所有背景区域,将背景区域填充为黑色,对应的RGB值为(0,0,0);再次选择目标区域,利用“描边”命令对所有目标区域进行描边,描边颜色为白色,描边宽度为2个像素点宽度,位置居外,对应像素值为(255,255,255),对描边区域进行多次描边;
Step2.3、最后将经过PhotoShop软件上述处理的图像保存为“PNG”格式。
所述步骤Step3中,利用Matlab软件对保存的PNG格式的图像进行处理的主要步骤如下:
Step3.1、利用matlab软件命令“rgb2gray(image)”将步骤Step 2中得到的PNG图像,转换为灰度图像;
Step3.2、利用for循环将灰度图中轴承、起子、齿轮、钳子、扳手不同类别目标所在区域的像素值分别归为1、2、3、4、5,将描边区域的像素值归为255,背景区域的像素值归为0,将图像转换为cadata格式;
其中,轴承、起子、齿轮、钳子、扳手所在区域填充的颜色对应的RGB值(0,128,0)、(128,128,0)、(128,0,0)、(128,0,128)、(0,128,128),其像素值分别为75、113、38、53、90;如表1所示:
表1
类别 | RGB值 | 像素值 |
轴承 | (0,128,0) | 75 |
起子 | (128,128,0) | 113 |
齿轮 | (128,0,0) | 38 |
钳子 | (128,0,128) | 53 |
扳手 | (0,128,128) | 90 |
描边(2PX) | (255,255,255) | 255 |
背景 | (0,0,0,) | 0 |
Step3.3、利用matlab软件命令“imwrite”,将得到的cadata格式图像与colormap结合,并保存为PNG图像,最终Groundtruth制作完成,如图4所示,为轴承像素归类之后制作完成之后的Groundtruth图像,其中,两条环形边缘之间的区域即为Groundtruth区域。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种工业机器人视觉语义分割数据库制作方法,其特征在于:首先,利用图像采集设备采集机械零件和工具不同背景、不同样本的图像若干副;然后将图像中出现的每一种类别的目标区域和背景抠图处理,分别利用一种颜色对目标区域和背景区域进行填充,并对目标区域进行描边操作;再将图像中背景区域和类别区域的像素值分别归为0~5,将图像转换为cdata格式,将cdata图像与colormap叠加,完成原图像Ground-truth制作。
2.根据权利要求1所述的工业机器人视觉语义分割数据库制作方法,其特征在于:所述方法的具体步骤如下:
Step1、首先利用图像采集设备对5种常见机械零件和工具不同背景、不同样本的图像若干副,5种常见机械零件和工具包括轴承、起子、齿轮、钳子、扳手;其次图像采集时利用不同背景、不同数量、相同类别不同样本工具的场景,实现采集得到的图像多样化;
Step2、对采集得到的图像利用PhotoShop软件对图像中出现的不同类别区域抠图,将抠出的区域利用对应的RGB值进行填充和描边处理,将所有背景区域填充为黑色,将图像保存为PNG格式;
Step3、利用Matlab软件对保存的PNG格式的图像进行处理;首先将图像中背景区域和类别区域的像素值分别归为0~5,将图像转换为cdata格式;然后将cdata图像与colormap叠加,并将图像保存为PNG格式;
Step4、将Step2中保存的所有PNG格式的图像批处理;利用Matlab软件循环Step3进行批处理,将多有图像保存为PNG格式,完成原图像Ground-truth制作。
3.根据权利要求1所述的工业机器人视觉语义分割数据库制作方法,其特征在于:所述步骤Step2中,利用PhotoShop软件对图像进行处理的主要步骤如下:
Step2.1、利用PhotoShop软件对图像中出现的不同类别区域抠图,对图像中出现的轴承、起子、齿轮、钳子、扳手区域,利用快速选择工具选择该区域,不同类别的目标区域分别利用“填充”命令分别利用不同的RGB值进行填充;
其中,轴承、起子、齿轮、钳子、扳手所在区域填充的颜色的RGB值分别为(0,128,0)、(128,128,0)、(128,0,0)、(128,0,128)、(0,128,128);
Step2.2、利用“反向选择”命令选择所有背景区域,将背景区域填充为黑色,对应的RGB值为(0,0,0);再次选择目标区域,利用“描边”命令对所有目标区域进行描边,描边颜色为白色,对应像素值为(255,255,255);
Step2.3、最后将经过PhotoShop软件上述处理的图像保存为“PNG”格式。
4.根据权利要求1所述的工业机器人视觉语义分割数据库制作方法,其特征在于:所述步骤Step3中,利用Matlab软件对保存的PNG格式的图像进行处理的主要步骤如下:
Step3.1、利用matlab软件命令“rgb2gray(image)”将步骤Step 2中得到的PNG图像,转换为灰度图像;
Step3.2、利用for循环将灰度图中轴承、起子、齿轮、钳子、扳手不同类别目标所在区域的像素值分别归为1、2、3、4、5,将描边区域的像素值归为255,背景区域的像素值归为0,将图像转换为cadata格式;
其中,轴承、起子、齿轮、钳子、扳手所在区域填充的颜色对应的RGB值(0,128,0)、(128,128,0)、(128,0,0)、(128,0,128)、(0,128,128),其像素值分别为75、113、38、53、90;
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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