CN110689530A - 一种基于位置补偿的轴类零件图像拼接方法 - Google Patents

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CN110689530A CN201910896992.3A CN201910896992A CN110689530A CN 110689530 A CN110689530 A CN 110689530A CN 201910896992 A CN201910896992 A CN 201910896992A CN 110689530 A CN110689530 A CN 110689530A
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Abstract

本发明公开了一种基于位置补偿的轴类零件图像拼接方法，包括离线阶段和在线阶段，离线阶段图像采集时相机静止，在线阶段图像采集时相机无需静止，在离线阶段获取图像拼接参数，然后在在线阶段进行补偿，所述图像拼接参数通过对比标准刻度值和实际刻度值得到，所述图像拼接参数和相机位置一一对应，每一个相机拍照位置对应一个图像拼接参数值。本发明弥补了因为直线导轨安装精度不高，造成的图像拼接误差变大的情况。本发明拼接精度不会因为实际工件图像采集效果差而变得效果不好，能够实现快速高精度的图像拼接操作，最终完成大视野工件的高精度测量。

Description

一种基于位置补偿的轴类零件图像拼接方法
技术领域
本发明属于轴类零件测量领域，尤其涉及一种基于位置补偿的轴类零件图像拼接方法。
背景技术
随着计算机视觉的不断发展，在机器视觉测量领域，利用视觉系统代替人工实现轴类工件的尺寸测量得到了普遍应用，利用机器视觉技术进行尺寸测量往往需要用到工业相机，工业相机搭配不同的镜头实现不同视野范围的测量，如果涉及到大的轴类工件，往往就需要采用多个工业相机或者单个工业相机移动测量的方式。
专利号为CN109708573A的一种轴类零件参数测量系统及轴类零件参数测量方法，所述系统包括：工控机、集线器、图像采集系统、运动控制系统及光栅尺。所述方法包括：判断是否设置新的轴零件类型或选择系统已有的轴零件类型；装载轴零件；选择测量模式，包含参数测量、形位测量和影像测量；保存测量结果，判断待测轴零件质量合格与否；继续同一个轴类零件或更换轴类零件测量；参数保存，结果输出。该专利通过图像拼接的方式进行最终工件的尺寸测量，没有对具体图像拼接的方式进行说明，而且没有考虑相机直线运动时到导轨直线度对相机拍照的影响。
专利号为CN108898585A的本发明公开了一种轴类零件检测方法及其装置，其中，一种轴类零件检测装置，包括暗箱、工件传送机构以及摄像机构，所述工件传送机构以及摄像机构设置在暗箱中，所述摄像机构为两个，分别相对设置在工件传送机构传送工件方向的两侧，摄像机构包括摄像头以及两个补光灯，两个补光灯分别设置在摄像头两侧。这种重叠区域的计算方法依赖与图像采集质量，针对图像光照的不同变化，特征点的检测可靠性和精度无法得到保证，寻找一种可靠，稳定并且实现高精度的图像拼接方法，显得非常重要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种在离线状态下测量图像拼接参数，在线状态时根据拼接参数对图像拼接行位置补偿，达到一次测量，多次补偿，实现高速高精度轴类零件图像拼接的方法。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于位置补偿的轴类零件图像拼接方法，包括离线阶段和在线阶段，离线阶段图像采集时相机静止，在线阶段图像采集时相机无需静止，在离线阶段获取图像拼接参数，然后在在线阶段进行补偿，所述图像拼接参数通过对比标准刻度值和实际刻度值得到，所述图像拼接参数和相机位置一一对应，每一个相机拍照位置对应一个图像拼接参数值。
进一步的，离线阶段通过标定工具对图像拼接参数进行统计，所述标定工具为有多条等间隔刻度线的菲林尺。
进一步的，具体包含如下步骤：
步骤1、将标定工具固定在相机拍摄范围内；
步骤2、离线阶段，沿直线移动相机到固定位置，采集相机每次移动的相机位置和照片；
步骤3、利用采集到的局部图像拼接成整体图像；
步骤4、根据每一个位置点的相机位置值和图像拼接精度，计算得到每一个位置点的图像拼接参数；
步骤5、在线阶段，在实际图像测量过程中，对实际采集得到的局部图像，根据相应位置点的图像拼接参数对实际图像进行补偿，得到准确的拼接图像。
进一步的，所述步骤2包括以下具体步骤：
步骤2.1、在相机直线运动方向上选定等间隔的位置点，控制相机移动到每一个位置点；
步骤2.2、等相机姿态稳定后，读取线性标定工具上的位置信息，同时采集得到标定工具在该位置的局部图像。
进一步的，步骤4.1、将多张局部图像依次拼整体图像，计算整图内刻度线之间的距离，同时记录相邻图像之间的刻度数值和的当前相机位置信息，行程位置和刻度数据的数据对；
步骤4.2、根据上述记录的刻度数值，减去理论刻度数值，得到每个相机位置和相邻的图像拼接参数数据对。
进一步的，所述标定工具为透明菲林尺。
采用本发明技术方案，本发明的有益效果为：与现有技术相比，本发明在离线阶段利用线性光栅尺和标定工具，记录相机在直线方向运动过程中的多个位置和局部图像，通过局部图像内部和相邻图像之间的刻度信息，计算一组相机位置和图像拼接参数数据对，在实际测量在线阶段，对实际图像拼接进行补偿，这种方式弥补了因为直线导轨安装精度不高，造成的图像拼接误差变大的情况。本发明拼接精度不会因为实际工件图像采集效果差而变得效果不好，能够实现快速高精度的图像拼接操作，最终完成大视野工件的高精度测量。
附图说明
图1是本发明提供的一种实现基于位置补偿的轴类零件图像拼接方法的装置图；
图2是本发明提供的一种实现基于位置补偿的轴类零件图像拼接方法图像拼接示意图；
图3是图像拼接补偿前误差图；
图4是本发明提供的图像拼接补偿后误差图。
其中，101为直线导轨；102为线性光栅尺；103相机；104为角度传感器；105为移动平台；106为工件；201为相机；202为相机视野；203为标定工具；204表示相机运动方向；205表示相机姿态角度变化方向。
具体实施方式
结合附图对本发明具体方案具体实施例作进一步的阐述。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
一种基于位置补偿的轴类零件图像拼接方法，包括离线阶段和在线阶段，离线阶段图像采集时相机静止，在线阶段图像采集时相机无需静止，在离线阶段获取图像拼接参数，然后在在线阶段进行补偿，所述图像拼接参数通过对比标准刻度值和实际刻度值得到，所述图像拼接参数和相机位置一一对应，每一个相机拍照位置对应一个图像拼接参数值。
离线阶段通过标定工具对图像拼接参数进行统计，所述标定工具为有多条等间隔刻度线的透明菲林尺。
具体包含如下步骤：
步骤1、将标定工具固定在相机拍摄范围内；
步骤2、离线阶段，沿直线移动相机到固定位置，采集相机每次移动的相机位置和照片；
步骤2.1、在相机直线运动方向上选定等间隔的位置点，控制相机移动到每一个位置点；
步骤2.2、等相机姿态稳定后，读取线性标定工具上的位置信息，同时采集得到标定工具在该位置的局部图像。
步骤3、利用采集到的局部图像拼接成整体图像；
步骤4、根据每一个位置点的相机位置值和图像拼接精度，计算得到每一个位置点的图像拼接参数；
步骤4.1、将多张局部图像依次拼整体图像，计算整图内刻度线之间的距离，同时记录相邻图像之间的刻度数值和的当前相机位置信息，行程位置和刻度数据的数据对；
步骤4.2、根据上述记录的刻度数值，减去理论刻度数值，得到每个相机位置和相邻的图像拼接参数数据对。
步骤5、在线阶段，在实际图像测量过程中，对实际采集得到的局部图像，根据相应位置点的图像拼接参数对实际图像进行补偿，得到准确的拼接图像。
所述标定工具为菲林尺。
通过以上方法，本发明具体实施例如下：
实现本方法的装置如图1所示，相机103和角度传感器104固定安装在移动平台105上，移动平台105安装在直线导轨101上，可以沿直线导轨101上下移动，通过线性光栅尺102可以得到移动平台105的位置。其中相机103采用工业面阵相机，分辨率为2900万像素，单个像素精度为0.03mm，角度传感器104为单轴，测量量程为正负5度，最小分辨率可以达到0.001度，静态稳定时间是1秒，可以精确测量相机101的姿态角度。线性光栅尺102最小分辨率为0.001mm，相机103的位置信息通过线性光栅尺102获取。
首先，将相机103移动到初始位置P1，拍摄标定工具203图像，记为image1，计算得到像素距离换算系数mm_per_pixel,换算关系如下：
mm_per_pixel＝total_mm/total_pixel；
其中，total_mm为标定工具203上选取的刻度线距离，最小刻度线距离为0.5mm，total_pixel为刻度线距离占用的像素值。
通过上述公式可以计算得到像素距离换算系数mm_per_pixel，从而得到视野高度dx，单位是mm，dx计算如下：
dx＝mm_per_pixel*height；
其中，height为图片的行方向上的高度，单位是行。
如图2所示，相机201从初始位置P1开始，沿着直线导轨101方向运动，运动间隔为视野高度dx，运动到P2位置，P2位置位于202位置区域内。此时相机静止1秒以上，等待角度传感器104数值稳定后，控制相机201完成拍照。当前拍摄完成的照片记为image2，然后再重复移动到下一个位置P3。按照相同的方式记录下一个局部照片为image3，相机201移动到直线导轨101最大位置时，记录的相机201位置为PN，局部照片为imageN。
如图3所示，为图像拼接补偿前误差图，图中标注了最大测量距离和最小测量距离。将所有图片(image1-imageN)完成上下拼接后，统计刻度之间的距离值，默认距离值为0.5mm。在图像拼接位置会产生较大的跳边，跳变间隔为50个采样点。跳变的原因多种因素，包括运动过程中相机的振动，直线导轨的直线度误差，以及相机触发信号给出到相机拍照的延时影响。不管是什么原因，该误差测量曲线的一致性在同样的硬件条件下是很高的，只要能将该拼接误差事先测量出来，计算理论的图像拼接参数，就可以实现在之后的在线图像采集和拼接过程中实现动态补偿。
如图4所示，为本发明图像拼接补偿后误差图，图中标注了最大测量距离和最小测量距离。局部图像image1和image2之间的跳变值d1在0.38mm左右，和理论刻度间隔0.5mm的偏差delta1＝d1-0.5，delta1即为相机位置P2时的图像拼接参数，通理可以得到image2和image3之间的图像拼接参数delta2，最终可以得到一组相机位置和图像拼接参数的数据对，格式如下(p2，delat1，p3，delta2...PN,deltaN-1)。上述数据对在离线状态获取，通过相机移动到不同位置点，拍照统计得到。
在实际图像拼接过程中，相机在运动过程中完成图像采集，图像采集信号的触发间隔就是单张图片的高度，触发信号由外部控制器给出。在线图像采集完毕后，结合离线状态计算得到的相邻的图像拼接参数数据对，补偿到实际的采集图像上，即可完成在线图像拼接过程。补偿前刻度间隔最大为0.525mm，最小间隔为0.310mm，拼接后大尺寸图像内的最大误差间隔为0.215mm，经过补偿后，刻度间隔最大为0.525mm，最小间隔为0.440mm，拼接后大尺寸图像内的最大误差间隔为0.085mm，误差明显减少。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种基于位置补偿的轴类零件图像拼接方法，其特征在于，包括离线阶段和在线阶段，离线阶段图像采集时相机静止，在线阶段图像采集时相机无需静止，在离线阶段获取图像拼接参数，然后在在线阶段进行补偿，所述图像拼接参数通过对比标准刻度值和实际刻度值得到，所述图像拼接参数和相机位置一一对应，每一个相机拍照位置对应一个图像拼接参数值。
2.如权利要求1所述的一种基于位置补偿的轴类零件图像拼接方法，其特征在于，离线阶段通过标定工具对图像拼接参数进行统计，所述标定工具为有多条等间隔刻度线的菲林尺。
3.如权利要求1或2所述的一种基于位置补偿的轴类零件图像拼接方法，其特征在于，具体包含如下步骤：
步骤1、将标定工具固定在相机拍摄范围内；
步骤2、离线阶段，沿直线移动相机到固定位置，采集相机每次移动的相机位置和照片；
步骤3、利用采集到的局部图像拼接成整体图像；
步骤4、根据每一个位置点的相机位置值和图像拼接精度，计算得到每一个位置点的图像拼接参数；
步骤5、在线阶段，在实际图像测量过程中，对实际采集得到的局部图像，根据相应位置点的图像拼接参数对实际图像进行补偿，得到准确的拼接图像。
4.如权利要求3所述的一种基于位置补偿的轴类零件图像拼接方法，其特征在于，所述步骤2包括以下具体步骤：
步骤2.1、在相机直线运动方向上选定等间隔的位置点，控制相机移动到每一个位置点；
步骤2.2、等相机姿态稳定后，读取线性标定工具上的位置信息，同时采集得到标定工具在该位置的局部图像。
5.如权利要求3所述的一种基于位置补偿的轴类零件图像拼接方法，其特征在于，所述步骤4包括以下具体步骤：
步骤4.1、将多张局部图像依次拼整体图像，计算整图内刻度线之间的距离，同时记录相邻图像之间的刻度数值和的当前相机位置信息，行程位置和刻度数据的数据对；
步骤4.2、根据上述记录的刻度数值，减去理论刻度数值，得到每个相机位置和相邻的图像拼接参数数据对。
6.如权利要求2或4所述的一种基于位置补偿的轴类零件图像拼接方法，其特征在于，所述标定工具为透明菲林尺。
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CN102519400A (zh) * 2011-12-15 2012-06-27 东南大学 基于机器视觉的大长径比轴类零件直线度误差检测方法
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