CN109949327B - 一种激光拼焊待焊件图像中直线边缘上圆形域灰度计算方法 - Google Patents
一种激光拼焊待焊件图像中直线边缘上圆形域灰度计算方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种激光焊待焊件图像中直线边缘上圆形域灰度计算方法，具体包括：S1.利用Canny边缘检测算法求得待焊件图像中焊缝的像素级边缘点(ik,jk)，k＝1,2,…n，n为像素级边缘点的数目；S2.以像素级边缘点(ik,jk)为中心建立坐标系，并取直径为N个像素的圆形区域；S3.利用圆形区域内像素级边缘点拟合直线l，过原点O绘垂直于l的直线l'，交点为P0；S4.旋转圆形区域到l为竖直方向，l'为水平方向；l'上P0两侧像素的坐标和灰度值分别拟合二次曲线；S5.由水平方向上直线l两侧区域灰度变化曲线，计算圆形区域内灰度值。该方法能降低噪声对圆形区域内灰度值求解的干扰，提高了计算过程的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于视觉检测领域，涉及一种激光拼焊待焊件图像中直线边缘上圆形域灰度计算方法。
背景技术
激光拼焊是一种非接触式工件连接方法，能实现多种类型金属和非金属工件的焊接，在工业加工领域得到广泛应用。实际工业生产中，待焊件用夹具等固定，激光焊接头安装在多自由度焊接机器人手臂或数控机床上，焊接过程中机器人手臂或数控机床带动激光焊接头按设定轨迹移动实现焊接。激光拼焊焊接时热影响区小，焊接过程中焊接位置与焊接前规划轨迹的偏差会影响焊接质量，甚至使焊接失效。夹具夹装误差是造成实际焊件位置与预设轨迹偏差的主要因素之一，为消除夹具夹装误差的影响需要在每次焊接前重新规划焊接轨迹。焊接轨迹可在待焊件由夹具夹装后，通过视觉方法检测待焊件亚像素边缘并求取焊缝中心得到。为计算待焊件亚像素边缘，需要对待焊件图像内一定区域的灰度值进行计算。本发明主要对激光拼焊待焊件直线边缘亚像素检测中圆形区域灰度值计算方法进行研究，为待焊件直线焊缝轨迹规划提供技术支持。
天津工业大学耿磊等人，在专利公告号为CN104359403B，专利名称为基于亚像素边缘算法的平面零部件尺寸测量方法中提出了亚像素精度边缘检测算法，该方法采用Canny边缘检测和多项式拟合算法实现亚像素边缘提取，提出平均距离法区分零件上下边缘，进而利用三角法解算获取零件真实边缘。大连理工大学陈喆等人，在专利公告号为CN104715491B，专利名称为一种基于一维灰度矩得亚像素边缘检测方法中提出了一种亚像素边缘检测方法，该方法利用Canny边缘检测算子检测像素级边缘，采用一维灰度矩方法对图像的像素进行边缘检测完成图像的亚像素边缘检测。上述方法能够完成亚像素边缘检测，但亚像素边缘计算中所用像素灰度值易受噪声的影响。
发明内容
本申请提供一种激光拼焊待焊件图像中直线边缘上圆形域灰度计算方法，该方法能有效减少噪声对求解的影响，提高了图像中圆形区域灰度值计算的鲁棒性。
为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种激光拼焊待焊件图像中直线边缘上圆形域灰度计算方法，具体包括：
S1.利用Canny边缘检测算法求得待焊件图像中焊缝的像素级边缘点(ik,jk)，k＝1,2,…n，n为像素级边缘点的数目；
S2.以像素级边缘点(ik,jk)为中心建立坐标系，并取直径为N(可取N＝7)个像素的圆形区域；
S3.利用圆形区域内像素级边缘点拟合直线l，过原点O绘垂直于l的直线l'，交点为P0；
S4.旋转圆形区域到l为竖直方向，l'为水平方向；l'上P0两侧像素的坐标和灰度值分别拟合二次曲线；
S5.由水平方向上直线l两侧像素在“像素位置-像素灰度”坐标系内变化曲线，计算圆形区域内灰度值。
进一步的，以P0为分界点，将圆形区域内的直线l'分为两部分，分别用lL和lR表示；直线l将所取圆形区域分为左右两部分，其面积分别用D1和D2表示；
旋转圆形区域使l到竖直方向，以O为坐标原点，以平行于l的直线为y轴，以垂直于l的直线l'为x轴建立坐标系Ox'y'，线段lL和lR在x轴上。
线段lL和lR由像素点组成。以O为坐标原点，以lL和lR像素位置为横坐标，以像素灰度为纵坐标建立“像素位置-像素灰度”坐标系。在“像素位置-像素灰度”坐标系中，由lL和lR上各像素点坐标和像素的实际灰度值分别拟合得到曲线lLh和lRh；拟合曲线lLh和lRh的表达式为：
由曲线拟合可求得lLh和lRh的系数(a1,b1,c1)和(a2,b2,c2)。圆形区域旋转后建立的坐标系Ox'y'中，以直线l为分界线，直线l左侧和右侧的水平线所经像素在“像素位置-像素灰度”坐标系中的变化规律与上述拟合曲线lLh和lRh相同。
圆形区域内面积为D1和D2部分的灰度值分别用gD1和gD2表示，gD1和gD2的计算公式为：
圆形区域灰度值gD为：gD＝gD1+gD2。
依次选取各像素级边缘点，重复以上步骤求得以各像素级边缘点为中心的圆形区域灰度值。
本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：将圆形区域内灰度值的计算由圆形区域内各像素灰度值之和转化为对圆形区域内由像素灰度值拟合曲线积分后求得。在选取的像素级边缘点为中心的圆形区域内，全部像素级边缘点拟合的直线将圆形区域分为两个区域，过圆的中心且垂直于拟合直线的直线被分为两段，由两段直线在圆形区域内所过像素的坐标和灰度分别拟合曲线，两拟合曲线所在区域分别积分后求得圆形区域的灰度值。该方法能降低噪声对圆形区域内灰度值求解的干扰，提高了计算过程的稳定性。
附图说明
图1为实施例中以像素级边缘点(ik,jk)为中心取圆形区域示意图；
图2为实施例中圆形区域内像素级边缘点拟合直线l；
图3的(a)为旋转直线l到竖直方向，l'到水平方向示意图；(b)由直线l'两侧像素点坐标和灰度值拟合曲线；
图4为实施例中圆形区域内灰度值计算流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：以此为例对本申请做进一步的描述说明。
实施例1
本实施例提供一种激光拼焊待焊件图像直线边缘上圆形区域灰度值计算方法，具体实现步骤如下：利用Canny边缘检测算法求得待焊件图像中焊缝的像素级边缘点(ik,jk)，k＝1,2,…n(n为像素级边缘点的数目)。以像素级边缘点(ik,jk)为中心建立坐标系，在图像中取直径为7个像素的圆形区域，如图1所示。图1中数字为所取像素点的编号，所取像素的个数为45个。
取圆形区域内的像素级边缘点拟合直线，拟合直线用l表示，如图2所示。过原点O绘制垂直于l的直线，绘制的直线用l'表示，两直线交于点P0。以P0为分界点，将圆形区域内的直线l'分为两部分，分别用lL和lR表示。直线l将所取圆形区域分为左右两部分，其面积分别用D1和D2表示。
旋转圆形区域使l到竖直方向，以O为坐标原点，以平行于l的直线为y轴，以垂直于l的直线l'为x轴建立坐标系Ox'y'，如图3(a)所示，线段lL和lR在x轴上。
线段lL和lR由像素点组成。以O为坐标原点，以lL和lR像素位置为横坐标，以像素灰度为纵坐标建立“像素位置-像素灰度”坐标系。在“像素位置-像素灰度”坐标系中，由lL和lR上各像素点坐标和像素的实际灰度值分别拟合得到曲线lLh和lRh，如图3(b)所示。拟合曲线lLh和lRh的表达式为：lLh:yh＝a1+b1x+c1x2；lRh:yh＝a2+b2x+c2x2。
圆形区域旋转后建立的坐标系Ox'y'中，以直线l为分界线，直线l左侧和右侧的水平线所经像素在“像素位置-像素灰度”坐标系中的变化规律与图3(b)中拟合曲线lLh和lRh相同。
圆形区域内面积为D1和D2部分的灰度值分别用gD1和gD2表示，gD1和gD2的计算公式为：
那么，圆形区域灰度值gD为：gD＝gD1+gD2。
上述圆形区域灰度值的计算流程图，如图4所示。
依次选取各像素级边缘点，重复以上步骤可求得以各像素级边缘点为中心的圆形区域灰度值。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种激光拼焊待焊件图像中直线边缘上圆形域灰度计算方法，其特征在于，具体包括：
S1.利用Canny边缘检测算法求得待焊件图像中焊缝的像素级边缘点(ik,jk)，k＝1,2,…n，n为像素级边缘点的数目；
S2.以像素级边缘点(ik,jk)为中心建立坐标系，并取直径为N个像素的圆形区域；
S3.利用圆形区域内像素级边缘点拟合直线l，过原点O绘制垂直于l的直线l'，交点为P0；
S4.旋转圆形区域到l为竖直方向，l'为水平方向；l'上P0两侧像素的坐标和灰度值分别拟合二次曲线；
S5.由水平方向上直线l两侧区域灰度变化曲线，计算圆形区域内灰度值；
以P0为分界点，将圆形区域内的直线l'分为两部分，分别用lL和lR表示；直线l将所取圆形区域分为左右两部分，其面积分别用D1和D2表示；
旋转圆形区域使l到竖直方向，以O为坐标原点，以平行于l的直线为y轴，以垂直于l的直线l'为x轴建立坐标系Ox'y'，线段lL和lR在x轴上；
线段lL和lR由像素点组成；以O为坐标原点，以lL和lR像素位置为横坐标，以像素灰度为纵坐标建立“像素位置-像素灰度”坐标系；在“像素位置-像素灰度”坐标系中，由lL和lR上各像素点坐标和像素的实际灰度值分别拟合得到曲线lLh和lRh；拟合曲线lLh和lRh的表达式为：
由曲线拟合可求得lLh和lRh的系数(a1,b1,c1)和(a2,b2,c2)；圆形区域旋转后建立的坐标系Ox'y'中，以直线l为分界线，直线l左侧和右侧的水平线所经像素在“像素位置-像素灰度”坐标系中的变化规律与上述拟合曲线lLh和lRh相同；
圆形区域内面积为D1和D2部分的灰度值分别用gD1和gD2表示，gD1和gD2的计算公式为：
圆形区域灰度值gD为：gD＝gD1+gD2；依次选取各像素级边缘点，重复以上步骤求得以各像素级边缘点为中心的圆形区域灰度值。
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