CN108332713B - 一种绝缘子引脚倾斜的检测方法 - Google Patents
一种绝缘子引脚倾斜的检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种绝缘子引脚倾斜的检测方法，包括以下步骤：采集绝缘子的图像，并将该图像送入计算机进行处理；提取绝缘子区域图像；根据区域图像，检测柱体的垂直中心线，通过比较引脚和柱体的垂直中心线的距离，判定绝缘子柱体是否倾斜；对绝缘子引脚位置检测，计算每行引脚中心坐标，根据中心点坐标与柱体中心线的距离，判断绝缘子引脚是否倾斜。本发明所述的绝缘子引脚倾斜的检测方法，采用摄像机拍摄引脚图像，并对其进行自动分析，从而获取绝缘子是否发生了弯曲，故其无需人工进行检测，减轻了人工负担，极大地提高了检测效率，较好地满足了用户的需求。
Description
技术领域
本发明涉及绝缘子检测技术领域，具体涉及一种绝缘子引脚倾斜的检测方法。
背景技术
目前对绝缘子的检测通常采用人眼进行检测，但人的眼睛在大量的视觉工作之后会出现视觉疲劳,在检验测试工作中会出现疏忽和差错,若能及时发现改正这些差错,则要增加了重复劳动。另外采用人工方式工作费时间、劳动强度大、检定效率低、检定误差大、可靠性差。针对人工方式检定的缺点,尽快研制出能够快速、准确、稳定的全自动装配系统,将对我国的工业生产和检定起到巨大的推动作用。在利用机械臂对绝缘子进行自动装配时，需要提前利用摄像机检测绝缘子的引脚是否发生了倾斜，从而防止出现装配失败的情形。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绝缘子引脚倾斜的检测方法，通过对摄像机拍摄的引脚图像进行检测，无需人工进行检测，减轻了人工负担，极大地提高了检测效率，较好地满足了用户的需求。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种绝缘子引脚倾斜的检测方法，包括以下步骤：
(1)采集绝缘子的图像，并将该图像送入计算机进行处理；
(2)提取绝缘子区域图像；
(3)根据区域图像，检测柱体的垂直中心线，通过柱体两侧直线的倾斜率，判定绝缘子柱体是否倾斜；
(4)对绝缘子引脚位置检测，计算每行引脚中心坐标，根据中心点坐标与柱体中心线的距离，判断绝缘子引脚是否倾斜；
(5)旋转绝缘子，重复步骤(1)-(4)。
进一步的，步骤(3)中，根据区域图像，检测柱体的垂直中心线，通过柱体两侧直线的倾斜率，判定绝缘子柱体是否倾斜，具体步骤如下：
(31)设定柱体的宽度经验阈值；
(32)对绝缘子图像进行二值化处理，得到二值化图像；
(33)对二值化图像进行像素点合并，得到多个连通域；
(34)对连通域进行筛选，剔除噪声区域；
(35)对二值化图像进行逐行水平扫描，并记录每行的扫描结果；
(36)计算当前行左右两侧边缘点的距离，确定柱体区域所在水平行的合格数据；
(37)将所有左侧边缘点及右侧边缘点分别拟合成直线，计算其倾斜率及截距，根据倾斜率判断柱体两侧直线是否平行以及是否接近垂直方向；
(38)根据两侧平行线，计算柱体的中心线的倾斜率及截距。
进一步的，所述对绝缘子引脚位置检测，计算每行引脚中心点坐标，根据中心点坐标与柱体垂直中心线的距离，判断绝缘子引脚是否倾斜，具体步骤如下：
(41)计算柱体左右两侧所有合格点的坐标点，根据坐标点设定区域，位于最上方的左右两侧坐标点以上区域为引脚区域；
(42)在引脚区域内，进行逐行水平扫描，记录下每一行左侧边缘点和右侧边缘点的位置；
(43)计算当前行左右两侧边缘点的距离，若当前行左右两侧边缘点的距离大于30个像素，则不属于引脚，删除当前行左右两侧边缘点距离的数据以及对应的左右两侧边缘点的坐标对数据，若小于30个像素，则为引脚所在的水平行，保留当前行左右两侧边缘点距离的数据以及对应的左右两侧边缘点的坐标对数据；
(44)根据保留的数据，计算当前行中心点坐标与柱体垂直中心线的距离；
(45)遍历引脚所在的所有图像行，若其中一行的引脚中心点坐标到柱体垂直中心线的距离大于5个像素点，则引脚倾斜。
由上述技术方案可知，本发明所述的绝缘子引脚倾斜的检测方法，采用摄像机拍摄引脚图像，并对其进行自动分析，从而获取绝缘子是否发生了弯曲，故其无需人工进行检测，减轻了人工负担，极大地提高了检测效率，较好地满足了用户的需求。
附图说明
图1是本发明的整体流程图；
图2是本发明的侧面直线点检测和直线拟合的流程图；
图3是本发明绝缘子检测与倾斜度检测流程图；
图4是本发明绝缘子的主视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1-3所示，一种绝缘子引脚倾斜的检测方法，包括以下步骤：
S1：采集绝缘子的图像，并将该图像送入计算机进行处理；
S2：提取绝缘子区域图像；
该步骤中，在上一步已经获取了摄像机拍摄到绝缘子的图像，但是由于摄像机的视野相对较大，因此，对于摄像机采集到的图像来说，图像中，会存在相对较多的冗余背景区域(非绝缘子部分区域)。这些冗余的背景区域，对于计算绝缘子是否倾斜是无效的，且增加了处理时间。因此，在本步骤中，主要是为了在摄像机拍摄到的图像中，提取有效的绝缘子部分区域，从而缩小无效区域的干扰。具体如下：
每次采用摄像机对绝缘子进行采集图像之前，机械臂都会将绝缘子放置到固定的位置，然后才进行采集图像。故绝缘子每次的位置都是固定的。由于绝缘子的尺寸和摄像机的位置和摄像机拍摄的视野都是一样的。所以对于不同的绝缘子，摄像机拍摄到的图像尺寸和绝缘子区域在图像中的位置也是基本不变的。通过前期的多次采样从而估算出，对于一幅图像来说，绝缘子所处区域的范围。在绝缘子区域范围，对于每次摄像机拍摄到的图像，进行区域提取，从而获取到绝缘子所处区域部分的图像，记为P。
S3：侧面直线点检测和直线拟合：根据区域图像，检测柱体的垂直中心线，通过柱体两侧直线的倾斜率，判定绝缘子柱体是否倾斜。
绝缘子由两部分构成：柱体和引脚。柱体部分是一个标准的圆柱体。首先检测出柱体的垂直中心线，通过比较引脚和柱体的垂直中心线的距离，如果距离过大，且超过一定的阈值，则认为其存在倾斜问题。如果要获取柱体的垂直中心线，则需要检测出柱体的两侧，以及柱体底部直线。
具体方法如下：
S31：设定柱体的宽度经验阈值W。由于各种绝缘子的柱体宽度，都是比较一致的，因此可以提前测量设置；
S32：对绝缘子图像进行二值化，即对图像P进行二值化操作，二值化图像记为B。二值化的阈值根据经验值(比如，亮度经验阈值设定为50)设定。
二值化原理如下：遍历图像P的每一个像素点，如果点(x，y)对应的灰度值，小于阈值k，则将该点像素值置为0，否则像素值置为1，像素点值为0，则该像素显示为黑色，像素点值为1，则该像素显示为白色。
S33：对于步骤S32中获取到的二值化图像进行像素点合并连通域操作，即将相邻的像素值为1的像素点划入到同一个区域中(连通域)，从而可以得到多个连通域，并对获取的多个连通域进行筛选，将连通域面积小于5个像素的连通域进行删除，其为噪声区域。
S34：对二值化图像B进行逐行水平扫描，记录下每一行的扫描结果，即对于每一行其像素点刚好由黑色变成白色的时候像素的位置Si(左侧边缘点)，以及刚好由白色变成黑色时候像素的位置Ei(右侧边缘点)，其中i表示第几行。
S35：计算当前行，左右两侧边缘点的距离Di，其如公式(1)所示。
Di＝Ei-Si (1)
如果当前行左右两侧距离Di小于阈值W，则认为该行不属于柱体区域，则不予考虑们，将其删除。如果大于阈值W，则认为该行是柱体区域所在的水平行，属于合格数据。
S36：将所有的左侧边缘点拟合成直线，计算斜率kl和截距bl。通过使用最小二乘法从而实现多点拟合，最终求取的kl和bl分别如公式(2)和公式(3)所示。其中，N表示步骤8中合格的数据Di的个数，同时也是合格的Si和Ei的个数，Sjx表示第j个合格的Sj的x坐标，Sjy表示第j合格的Sj的y坐标。
S37：右侧边缘点拟合直线，计算斜率kr和截距br，同理可得公式(4)与公式(5)，其中Ejx表示第j个合格的Ej的x坐标，Ejy表示第j合格的Ej的y坐标。
如果两侧直线近似平行(即kr-kl|＜0.005)，并且斜率都接近垂直方向，则正确。否则错误，需要预警。
S38：根据两侧的平行直线，计算柱体的中心线的斜率kL和截距bL，中心线记为L，分别如公式(6)-(7)。
S4：对绝缘子引脚位置检测，计算每行引脚中心坐标，根据中心点坐标与柱体中心线的距离，判断绝缘子引脚是否倾斜；
在得到的柱体左右两侧所有合格的坐标点Si和Ei之后，可以根据位于最上方的左右两侧坐标点，设定区域，进行引脚位置检测，坐标点以上区域为引脚区域。如图4所示，该图4是绝缘子的主视图。
S41：在引脚区域内，进行逐行水平扫描，记录下每一行中，即对于每一行其像素点刚好由黑色变成白色的时候像素的位置TSi(左侧边缘点)，以及刚好由白色变成黑色时候像素的位置TEi(右侧边缘点)，其中i表示第几行。
S42：计算当前行，左右两侧边缘点的距离TDi，其如公式(8)所示。
TDi＝TEi-TSi (8)
如果当前行左右两侧距离TDi大于30个像素，则其距离过大，大于真实引脚的宽度，不属于引脚，不予考虑，将其对应的TSi和TEi删除；如果小于30个像素，则认为是引脚所在的水平行，将其保留。
对于保留的TSi和TEi坐标对，计算平均值得到每行引脚中心坐标(Tix，Tiy)，如公式(9)-(10)所示。
Tiy＝TSiy (10)
S43：计算当前行中心点(Tix，Tiy)与柱体中心线L的距离Tdi，距离公式如公式(11)所示。
S44：遍历引脚所在的所有图像行，只要其中有一行，其引脚中心点坐标到柱体中心线L的距离大于5个像素点，则认为引脚偏斜过度，此时需要预警。
S5：旋转绝缘子，重复步骤S1-S4。
对绝缘子的倾斜检测，需要同时考虑多个方向，转动绝缘子，摄像头采集图像，并执行步骤S1-S4，分析在该方向下，是否存在过度倾斜问题。只有在多个方向，都不存在引脚倾斜时，才认为是合格的。否则，只要有一个方向，检测到存在引脚倾斜，则必须预警。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (1)
1.一种绝缘子引脚倾斜的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采集绝缘子的图像，并将该图像送入计算机进行处理；
(2)提取绝缘子区域图像；
(3)根据区域图像，检测柱体的垂直中心线，通过柱体两侧直线的倾斜率，判定绝缘子柱体是否倾斜,具体步骤如下：
(31)设定柱体的宽度经验阈值；
(32)对绝缘子图像进行二值化处理，得到二值化图像；
(33)对二值化图像进行像素点合并，得到多个连通域；
(34)对连通域进行筛选，剔除噪声区域；
(35)对二值化图像进行逐行水平扫描，并记录每行的扫描结果，即每一行左侧边缘点和右侧边缘点的位置；
(36)计算当前行左右两侧边缘点的距离，确定柱体区域所在水平行的合格数据；
(37)将所有左侧边缘点及右侧边缘点分别拟合成直线，计算其倾斜率及截距，根据倾斜率判断柱体两侧直线是否平行以及是否接近垂直方向；
(38)根据两侧平行线，计算柱体的垂直中心线的倾斜率及截距；
(4)对绝缘子引脚位置检测，计算每行引脚中心点坐标，根据中心点坐标与柱体垂直中心线的距离，判断绝缘子引脚是否倾斜,具体步骤如下：
(41)计算柱体左右两侧所有合格点的坐标点，根据坐标点设定区域，位于最上方的左右两侧坐标点以上区域为引脚区域；
(42)在引脚区域内，进行逐行水平扫描，记录下每一行左侧边缘点和右侧边缘点的位置；
(43)计算当前行左右两侧边缘点的距离，若当前行左右两侧边缘点的距离大于30个像素，则不属于引脚，删除当前行左右两侧边缘点距离的数据以及对应的左右两侧边缘点的坐标对数据，若小于30个像素，则为引脚所在的水平行，保留当前行左右两侧边缘点距离的数据以及对应的左右两侧边缘点的坐标对数据；
(44)根据保留的数据，计算当前行中心点坐标与柱体垂直中心线的距离；
(45)遍历引脚所在的所有图像行，若其中一行的引脚中心点坐标到柱体垂直中心线的距离大于5个像素点，则引脚倾斜；
(5)旋转绝缘子，重复步骤(1)-(4)。
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