CN113628267B - 基于机器视觉的弹簧线径检测方法、系统、装置及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的弹簧线径检测方法、系统、装置及介质，方法包括：获取待测弹簧的第一图像信息，确定待测弹簧的第一边沿区域；确定待测弹簧的最小外接矩形，根据最小外接矩形的短边的中心线对第一边沿区域的两端进行切割，得到第一子边沿和第二子边沿；确定第一子边沿远离第一长边的第一拐点以及第二子边沿远离第二长边的第二拐点，确定关键点集合；根据关键点集合对第一边沿区域进行切割得到多个边沿段，对边沿段进行直线拟合得到拟合直线，根据拟合直线和关键点集合确定检测线，根据检测线和边沿段确定待测弹簧的线径。本发明提高了弹簧线径的测量效率和准确度，适用于工业生产的实时监测，可广泛应用于工业自动化技术领域。

Description

基于机器视觉的弹簧线径检测方法、系统、装置及介质

技术领域

本发明涉及工业自动化技术领域，尤其是一种基于机器视觉的弹簧线径检测方法、系统、装置及介质。

背景技术

弹簧是一种依靠弹性形变工作的机械零部件，是工业制造中的一种基础零部件，广泛应用于汽车、医疗设备、五金等各种行业。按受力性质，弹簧可分为压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧几种，其中压缩弹簧应用最为广泛。

弹簧线径是指制造弹簧的钢丝直径。目前弹簧线径的测量一般采用机械接触式测量，如利用游标卡尺或千分尺进行测量，测量效率和准确度较低，且一般只对少量局部点位进行抽查检测。弹簧线径对弹簧的硬度、寿命等性能有着决定性影响，因此研发一种快速的弹簧线径测量方法对保证弹簧的产品质量、实现精益生产是十分重要的。

发明内容

本发明的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明实施例的一个目的在于提供一种基于机器视觉的弹簧线径检测方法，该方法根据待测弹簧的图像即可进行弹簧线径的测量，可适应弹簧位置、角度以及尺寸的变化，相较于现有技术中的机械接触式测量方法而言，提高了测量效率和准确度，适用于工业生产过程中对弹簧制品的实时监测。

本发明实施例的另一个目的在于提供一种基于机器视觉的弹簧线径检测系统。

为了达到上述技术目的，本发明实施例所采取的技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于机器视觉的弹簧线径检测方法，包括以下步骤：

获取待测弹簧的第一图像信息，根据所述第一图像信息确定待测弹簧的第一边沿区域；

根据所述第一边沿区域确定待测弹簧的最小外接矩形，进而根据所述最小外接矩形的短边的中心线对所述第一边沿区域的两端进行切割，得到第一子边沿和第二子边沿，所述第一子边沿靠近所述最小外接矩形的第一长边，所述第二子边沿靠近所述最小外接矩形的第二长边；

确定所述第一子边沿远离所述第一长边的多个第一拐点以及所述第二子边沿远离所述第二长边的多个第二拐点，并根据所述第一拐点和所述第二拐点确定关键点集合；

根据所述关键点集合对所述第一边沿区域进行切割，得到多个边沿段，进而对所述边沿段进行直线拟合，得到多个拟合直线；

根据所述拟合直线和所述关键点集合确定检测线，从而根据所述检测线和所述边沿段确定待测弹簧的线径。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述获取待测弹簧的第一图像信息，根据所述第一图像信息确定待测弹簧的第一边沿区域这一步骤，其具体包括：

通过工业相机获取待测弹簧的第一图像信息；

对所述第一图像信息进行二值化处理，得到第二图像信息；

对所述第二图像信息进行膨胀处理，得到第三图像信息；

对所述第三图像信息和所述第二图像信息进行差值处理，得到第四图像信息；

对所述第四图像信息进行连通域分析，确定最大连通域为待测弹簧的第一边沿区域。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据所述第一边沿区域确定待测弹簧的最小外接矩形，进而根据所述最小外接矩形的短边的中心线对所述第一边沿区域的两端进行切割，得到第一子边沿和第二子边沿这一步骤，其具体包括：

根据所述第一边沿区域确定待测弹簧的最小外接矩形，所述最小外接矩形包括第一长边、第二长边、第一短边以及第二短边；

确定所述第一短边和所述第二短边的第一中线，进而确定所述第一中线与所述第一边沿区域的两端的第一交点和第二交点；

根据所述第一交点和所述第二交点对所述第一边沿区域进行切割，并通过连通域分析得到第一子边沿和第二子边沿。

进一步地，在本发明的一个实施例中所述确定所述第一子边沿远离所述第一长边的多个第一拐点以及所述第二子边沿远离所述第二长边的多个第二拐点，并根据所述第一拐点和所述第二拐点确定关键点集合这一步骤，其具体包括：

确定所述第一长边与所述第一中线的第一中间平行线，并根据所述第一中间平行线对所述第一子边沿靠近所述第一长边的部分进行切除，得到多个第一子边沿段，进而确定各所述第一子边沿段到所述第二长边距离最近的点为第一拐点；

确定所述第二长边与所述第一中线的第二中间平行线，并根据所述第二中间平行线对所述第二子边沿靠近所述第二长边的部分进行切除，得到多个第二子边沿段，进而确定各所述第二子边沿段到所述第一长边距离最近的点为第二拐点；

根据所述第一拐点和所述第二拐点确定关键点集合。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据所述关键点集合对所述第一边沿区域进行切割，得到多个边沿段这一步骤，其具体包括：

从所述关键点集合中获取距离所述第一短边最近的第一关键点和距离所述第一短边最远的第二关键点；

根据所述第一关键点和所述第二关键点对所述第一边沿区域的两端进行切除，得到第二边沿区域；

根据所述第一拐点对所述第二边沿区域靠近所述第二长边的部分进行切除，并根据所述第二拐点对所述第二边沿区域靠近所述第一长边的部分进行切除，得到第三边沿区域；

根据所述第一拐点和所述第二拐点对所述第三边沿区域进行分割，通过连通域分析得到多个边沿段。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述对所述边沿段进行直线拟合，得到多个拟合直线这一步骤，其具体包括：

确定各所述边沿段的重心，并根据各所述重心到所述第一短边的距离对各所述边沿段进行排序；

根据排序结果对所述边沿段进行配对，配对后的两个边沿段排序相邻且距离低于预设阈值；

通过最小二乘法对各所述边沿段进行直线拟合，得到多个拟合直线。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据所述拟合直线和所述关键点集合确定检测线，从而根据所述检测线和所述边沿段确定待测弹簧的线径这一步骤，其具体包括：

在所述关键点集合中确定与第一边沿段距离最近的第三关键点和与第四边沿段距离最近的第四关键点，所述第一边沿段和所述第二边沿段为配对后的两个边沿段；

确定所述第三关键点到第一拟合直线的第一垂足和到第二拟合直线的第二垂足，并确定所述第四关键点到所述第一拟合直线的第三垂足和到所述第二拟合直线的第四垂足，所述第一拟合直线为所述第一边沿段的拟合直线，所述第二拟合直线为所述第二边沿段的拟合直线；

根据所述第一垂足和所述第二垂足的中点确定第一端点，并根据所述第三垂足和所述第四垂足的中点确定第二端点，进而根据所述第一端点和所述第二端点确定检测基线；

在所述检测基线的垂直方向上确定多条检测线，根据所述第一边沿段和所述第二边沿段截取所述检测线的长度确定待测弹簧在对应位置的线径。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于机器视觉的弹簧线径检测系统，包括：

第一边沿区域确定模块，用于获取待测弹簧的第一图像信息，根据所述第一图像信息确定待测弹簧的第一边沿区域；

子边沿切割模块，用于根据所述第一边沿区域确定待测弹簧的最小外接矩形，进而根据所述最小外接矩形的短边的中心线对所述第一边沿区域的两端进行切割，得到第一子边沿和第二子边沿，所述第一子边沿靠近所述最小外接矩形的第一长边，所述第二子边沿靠近所述最小外接矩形的第二长边；

关键点集合确定模块，用于确定所述第一子边沿远离所述第一长边的多个第一拐点以及所述第二子边沿远离所述第二长边的多个第二拐点，并根据所述第一拐点和所述第二拐点确定关键点集合；

拟合直线确定模块，用于根据所述关键点集合对所述第一边沿区域进行切割，得到多个边沿段，进而对所述边沿段进行直线拟合，得到多个拟合直线；

线径确定模块，用于根据所述拟合直线和所述关键点集合确定检测线，从而根据所述检测线和所述边沿段确定待测弹簧的线径。

第三方面，本发明实施例提供了一种基于机器视觉的弹簧线径检测装置，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器实现上述的一种基于机器视觉的弹簧线径检测方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行上述的一种基于机器视觉的弹簧线径检测方法。

本发明的优点和有益效果将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到：

本发明实施例根据待测弹簧的第一图像信息确定第一边沿区域，根据第一边沿区域的最小外接矩形的短边的中心线对第一边沿区域的两端进行切割，得到第一子边沿和第二子边沿，进而确定第一子边沿和第一子边沿靠近弹簧内侧的多个拐点，得到关键点集合，进而根据关键点集合对第一边沿区域进行切割，得到待测弹簧各部分的边沿段，然后对边沿段进行直线拟合，根据得到的拟合直线和关键点集合确定检测线，从而根据检测线和边沿段确定待测弹簧的线径。本发明实施例根据待测弹簧的图像即可进行弹簧线径的测量，可适应弹簧位置、角度以及尺寸的变化，相较于现有技术中的机械接触式测量方法而言，提高了测量效率和准确度，适用于工业生产过程中对弹簧制品的实时监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面对本发明实施例中所需要使用的附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员来说，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于机器视觉的弹簧线径检测方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例提供的待测弹簧的边沿区域示意图；

图3为本发明实施例提供的待测弹簧的第一子边沿和第二子边沿的示意图；

图4为本发明实施例提供的检测基线与检测线的示意图；

图5为本发明实施例提供的正常弹簧的检测结果示意图；

图6为本发明实施例提供的缺陷弹簧的检测结果示意图；

图7为本发明实施例提供的一种基于机器视觉的弹簧线径检测系统的结构框图；

图8为本发明实施例提供的一种基于机器视觉的弹簧线径检测装置的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

在本发明的描述中，多个的含义是两个或两个以上，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

参照图1，本发明实施例提供了一种基于机器视觉的弹簧线径检测方法，具体包括以下步骤：

S101、获取待测弹簧的第一图像信息，根据第一图像信息确定待测弹簧的第一边沿区域。

具体地，第一边沿区域即为待测弹簧的轮廓区域，可通过对待测弹簧的图像进行二值化、膨胀等一系列处理得到。步骤S101具体包括以下步骤：

S1011、通过工业相机获取待测弹簧的第一图像信息；

S1012、对第一图像信息进行二值化处理，得到第二图像信息；

S1013、对第二图像信息进行膨胀处理，得到第三图像信息；

S1014、对第三图像信息和第二图像信息进行差值处理，得到第四图像信息；

S1015、对第四图像信息进行连通域分析，确定最大连通域为待测弹簧的第一边沿区域。

具体地，获取第一图像信息时采用可调的背光光源，调光时不损伤弹簧边沿；二值化处理后的第二图像信息以弹簧主体为前景，灰度值为255，以其他区域为背景，灰度值为0；对第二图像信息进行膨胀处理，使得待测弹簧的边沿更加明显，得到第三图像信息；对差值处理后得到的第四图像信息进行连通域分析且只保留最大连通域部分，从而去除背景中的噪点，得到待测弹簧的第一边沿区域。

S102、根据第一边沿区域确定待测弹簧的最小外接矩形，进而根据最小外接矩形的短边的中心线对第一边沿区域的两端进行切割，得到第一子边沿和第二子边沿，第一子边沿靠近最小外接矩形的第一长边，第二子边沿靠近最小外接矩形的第二长边。

具体地，将闭合的第一边沿区域在两端切割成交替的第一子边沿和第二子边沿，便于后续靠近弹簧内侧的拐点的提取。步骤S102具体包括以下步骤：

S1021、根据第一边沿区域确定待测弹簧的最小外接矩形，最小外接矩形包括第一长边、第二长边、第一短边以及第二短边；

S1022、确定第一短边和第二短边的第一中线，进而确定第一中线与第一边沿区域的两端的第一交点和第二交点；

S1023、根据第一交点和第二交点对第一边沿区域进行切割，并通过连通域分析得到第一子边沿和第二子边沿。

具体地，如图2所示为本发明实施例提供的待测弹簧的边沿区域示意图，L1表示第一长边，L2表示第二长边，L3表示第一短边，L4表示第二短边，L5表示第一中线，P1表示第一交点，P2表示第二交点，将两个交点P1、P2沿第一中线L5方向的小段区域置零，从而可以将第一边沿区域切割成第一子边沿BW1和第二子边沿BW2，得到的第一子边沿BW1和第二子边沿BW2的示意图如图3所示。

S103、确定第一子边沿远离第一长边的多个第一拐点以及第二子边沿远离第二长边的多个第二拐点，并根据第一拐点和第二拐点确定关键点集合。

具体地，断开第一子边沿和第二子边沿的各段以便于获取弹簧内侧的拐点。步骤S103具体包括以下步骤：

S1031、确定第一长边与第一中线的第一中间平行线，并根据第一中间平行线对第一子边沿靠近第一长边的部分进行切除，得到多个第一子边沿段，进而确定各第一子边沿段到第二长边距离最近的点为第一拐点；

S1032、确定第二长边与第一中线的第二中间平行线，并根据第二中间平行线对第二子边沿靠近第二长边的部分进行切除，得到多个第二子边沿段，进而确定各第二子边沿段到第一长边距离最近的点为第二拐点；

S1033、根据第一拐点和第二拐点确定关键点集合。

具体地，对于第一子边沿的处理，先确定第一长边和第一中线的第一中间平行线，然后将位于第一中间平行线和第一长边之间的部分子边沿切除(灰度值置为0)，得到多个第一自边沿段，然后确定各个第一子边沿段到第二长边距离最近的点，即为弹簧内侧的第一拐点；对于第二子边沿的处理与第一子边沿类似，在此不作赘述；得到第一拐点和第二拐点后，记得确定关键点集合。图2中P3表示第一拐点，P4表示第二拐点。

可选地，靠近第一交点P1和第二交点P2的两个伪拐点需要被排除，实现上为计算求得的潜在关键点与两个交点P1、P2的距离，距离P1和P2过近的两个拐点则为伪拐点。

S104、根据关键点集合对第一边沿区域进行切割，得到多个边沿段，进而对边沿段进行直线拟合，得到多个拟合直线。

进一步作为可选的实施方式，根据关键点集合对第一边沿区域进行切割，得到多个边沿段这一步骤，其具体包括：

A1、从关键点集合中获取距离第一短边最近的第一关键点和距离第一短边最远的第二关键点；

A2、根据第一关键点和第二关键点对第一边沿区域的两端进行切除，得到第二边沿区域；

A3、根据第一拐点对第二边沿区域靠近第二长边的部分进行切除，并根据第二拐点对第二边沿区域靠近第一长边的部分进行切除，得到第三边沿区域；

A4、根据第一拐点和第二拐点对第三边沿区域进行分割，通过连通域分析得到多个边沿段。

具体地，因为弹簧两端部分成像的原因，无法测得其线径值，因此要将两端部分切除。本发明实施例中根据距离第一短边最近的第一关键点和距离第二短边最近的第二关键点对第一边沿区域的两端进行切除，只保留位于第一关键点和第二关键点之间的部分，即为第二边沿区域。切除操作可通过将对应区域的灰度值置为0实现。

另外，弹簧两侧靠近边界的非直线部分难以测量线径，也需要进行切除处理，具体是关键点集合中的关键点为边界，去掉位于第一拐点与第一长边之间的部分以及位于第二拐点与第二长边之间的部分(灰度值置0)，得到第三边沿区域，然后根据各个拐点对第三边沿区域进行分割，得到多个边沿段。

可选地，对第二边沿区域进行切除的方法还可以是将位于第一中间平行线与第一长边之间的部分以及位于第二中间平行线与第二长边之间的部分进行切除。

进一步作为可选的实施方式，对边沿段进行直线拟合，得到多个拟合直线这一步骤，其具体包括：

B1、确定各边沿段的重心，并根据各重心到第一短边的距离对各边沿段进行排序；

B2、根据排序结果对边沿段进行配对，配对后的两个边沿段排序相邻且距离低于预设阈值；

B3、通过最小二乘法对各边沿段进行直线拟合，得到多个拟合直线。

具体地，对各边沿段进行排序，首先通过连通域分析获得各段的重心，然后以重心到第一短边的距离从小到大排序；排序后的边沿段需要进行配对，方向一致且序号相邻、距离低于预设阈值的两边沿段即为一对；通过最小二乘法对配对后的边沿段进行直线拟合，得到多对拟合直线。

S105、根据拟合直线和关键点集合确定检测线，从而根据检测线和边沿段确定待测弹簧的线径。

进一步作为可选的实施方式，根据拟合直线和关键点集合确定检测线，从而根据检测线和边沿段确定待测弹簧的线径这一步骤S105，其具体包括：

S1051、在关键点集合中确定与第一边沿段距离最近的第三关键点和与第四边沿段距离最近的第四关键点，第一边沿段和第二边沿段为配对后的两个边沿段；

S1052、确定第三关键点到第一拟合直线的第一垂足和到第二拟合直线的第二垂足，并确定第四关键点到第一拟合直线的第三垂足和到第二拟合直线的第四垂足，第一拟合直线为第一边沿段的拟合直线，第二拟合直线为第二边沿段的拟合直线；

S1053、根据所述第一垂足和所述第二垂足的中点确定第一端点，并根据所述第三垂足和所述第四垂足的中点确定第二端点，进而根据所述第一端点和所述第二端点确定检测基线；

S1054、在所述检测基线的垂直方向上确定多条检测线，根据所述第一边沿段和所述第二边沿段截取所述检测线的长度确定待测弹簧在对应位置的线径。

具体地，如图4所示本发明实施例提供的检测基线与检测线的示意图，BW3表示配对后的边沿段，L6表示第一拟合直线，L7表示第二拟合直线，P5表示第一垂足，P6表示第二垂足，P7表示第三垂足，P8表示第四垂足，L8表示检测基线，L9表示检测线(图中仅示出一条)。对于该段弹簧，利用垂直于检测基线L8的检测线L9完成的各位置的线径检测，具体是以检测基线为中心、以2条拟合直线距离的1.8倍为检测宽度(即检测线长度)、以预先设置的检测密度生成多条检测线，获取对应的两边沿段截取该检测线的长度即为对应位置的线径。通过对待测弹簧各个位置的线径进行检测，即可确定待测弹簧是否符合预设的标准。

需要说明的是，在获取边沿段截取检测线的长度时，应当以边沿段靠近检测基线一侧的像素点为截取线段的起点或终点；在提取边沿段时已经去掉弹簧两侧靠近边界的非直线部分，因此只在两对应边沿段的包络区域内进行检测，超出该区域的部分将不作检测；若检测线没有接触到边沿段的前景像素点，则认为该位置不是弹簧线的近似直线部分而不进行线径检测；若检测线接触到的两个前景像素点的中点不落在两条拟合直线之间，则将该监测点判为误检测点排除。

如图5所示为本发明实施例提供的正常弹簧的检测结果示意图，图中L9表示检测线，通过检测线对该弹簧的近似直线部分的线径进行检测，检测出最小线径为1.354mm，最大线径为1.518mm，预设的阈值范围为[1.25mm，1.65mm]，故该弹簧检测正常。

如图6所示为本发明实施例提供的缺陷弹簧的检测结果示意图，图中L9表示检测线，通过检测线对该弹簧的近似直线部分的线径进行检测，检测出最小线径为0.921mm，最大线径为1.394mm，预设的阈值范围为[1.15mm，1.55mm]，故该弹簧存在部分区域线径过小的缺陷。进一步确定线径过小的各个检测点位置，得到的缺陷区域如图6中所示，其中缺陷区域的检测线以虚线表示。

以上对本发明实施例的方法步骤进行了说明。可以理解的是，本发明实施例根据待测弹簧的图像即可进行弹簧线径的测量，可适应弹簧位置、角度以及尺寸的变化，相较于现有技术中的机械接触式测量方法而言，提高了测量效率和准确度，适用于工业生产过程中对弹簧制品的实时监测。

与现有技术相比，本发明实施例还具有以下优点：

1)由于本发明实施例采用机器视觉技术，测量时仅需抓拍一张图像即可自动完成弹簧中段的测量，测量密度高且可自由配置(一次可测量数百个至数千个位置点的线径)，测量速度快(200毫秒内完成)，测量的密度和速度远高于传统的弹簧线径测量方法。

2)检测算法的预处理部分采用了基于连通域分析和最小外接矩形的方法快速获取弹簧所在位置和旋转角度，避免了将弹簧固定到预定位置才能进行测量的要求；同时避免了传统视觉检测算法对复杂度较高的模板匹配方法的依赖，进而对不同型号的压缩弹簧做到了型号自适应和位置任意摆放测试。

3)由于采用膨胀图减去原图后进行连通域分析的方法获取弹簧的边沿，对比广泛采用的Canny、Sobel边沿提取算法，对于本问题来说所获取的弹簧边沿更加准确、完整且稳定。

4)利用弹簧最小外接矩形和弹簧边沿信息，算法在弹簧的轴线位置的两端将获取的弹簧边沿切断为两个连通域，每个连通域刚好包含每段弹簧线边沿的一边，从而获得弹簧分别靠近最小外接矩形两个长轴的两条边沿曲线，简化了后续弹簧关键拐点的获取和分类等步骤。

5)利用外接矩形的点位信息，算法首先删除两条边沿曲线重心靠近外接矩形长边的一部分，然后再次进行连通域分析，并求取每个连通区域到外接矩形长边的距离的极值，从而获得位于弹簧内侧的关键拐点。

6)利用弹簧内侧的关键拐点的首尾两点去掉弹簧两端无法测量线径的干扰部分；利用弹簧内侧的关键拐点去掉了弹簧靠近外接矩形长边的非直线部分并将弹簧的各段分开。以上操作排除了干扰且只保留了弹簧高度接近直线的中段部分，从而保证了检测结果的可靠性和稳定性。

7)利用连通域分析获得已经分开的各个弹簧中段的边界，然后采用最小二乘法进行直线拟合，再求对应内侧的关键拐点到两侧直线的两个垂足，以两个垂足的中点作为检测线段的端点(即获得各个弹簧中段的中线)，测量结果更加准确。

参照图7，本发明实施例提供了一种基于机器视觉的弹簧线径检测系统，包括：

第一边沿区域确定模块，用于获取待测弹簧的第一图像信息，根据第一图像信息确定待测弹簧的第一边沿区域；

子边沿切割模块，用于根据第一边沿区域确定待测弹簧的最小外接矩形，进而根据最小外接矩形的短边的中心线对第一边沿区域的两端进行切割，得到第一子边沿和第二子边沿，第一子边沿靠近最小外接矩形的第一长边，第二子边沿靠近最小外接矩形的第二长边；

关键点集合确定模块，用于确定第一子边沿远离第一长边的多个第一拐点以及第二子边沿远离第二长边的多个第二拐点，并根据第一拐点和第二拐点确定关键点集合；

拟合直线确定模块，用于根据关键点集合对第一边沿区域进行切割，得到多个边沿段，进而对边沿段进行直线拟合，得到多个拟合直线；

线径确定模块，用于根据拟合直线和关键点集合确定检测线，从而根据检测线和边沿段确定待测弹簧的线径。

上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

参照图8，本发明实施例提供了一种基于机器视觉的弹簧线径检测装置，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当上述至少一个程序被上述至少一个处理器执行时，使得上述至少一个处理器实现上述的一种基于机器视觉的弹簧线径检测方法。

上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，该处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行上述一种基于机器视觉的弹簧线径检测方法。

本发明实施例的一种计算机可读存储介质，可执行本发明方法实施例所提供的一种基于机器视觉的弹簧线径检测方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。

本发明实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行图1所示的方法。

在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或上述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。

此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，上述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。

上述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例上述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印上述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得上述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的弹簧线径检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取待测弹簧的第一图像信息，根据所述第一图像信息确定待测弹簧的第一边沿区域；

根据所述第一边沿区域确定待测弹簧的最小外接矩形，进而根据所述最小外接矩形的短边的中心线对所述第一边沿区域的两端进行切割，得到第一子边沿和第二子边沿，所述第一子边沿靠近所述最小外接矩形的第一长边，所述第二子边沿靠近所述最小外接矩形的第二长边；

确定所述第一子边沿远离所述第一长边的多个第一拐点以及所述第二子边沿远离所述第二长边的多个第二拐点，并根据所述第一拐点和所述第二拐点确定关键点集合；

根据所述关键点集合对所述第一边沿区域进行切割，得到多个边沿段，进而对所述边沿段进行直线拟合，得到多个拟合直线；

根据所述拟合直线和所述关键点集合确定检测线，从而根据所述检测线和所述边沿段确定待测弹簧的线径。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的弹簧线径检测方法，其特征在于，所述获取待测弹簧的第一图像信息，根据所述第一图像信息确定待测弹簧的第一边沿区域这一步骤，其具体包括：

通过工业相机获取待测弹簧的第一图像信息；

对所述第一图像信息进行二值化处理，得到第二图像信息；

对所述第二图像信息进行膨胀处理，得到第三图像信息；

对所述第三图像信息和所述第二图像信息进行差值处理，得到第四图像信息；

对所述第四图像信息进行连通域分析，确定最大连通域为待测弹簧的第一边沿区域。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的弹簧线径检测方法，其特征在于，所述根据所述第一边沿区域确定待测弹簧的最小外接矩形，进而根据所述最小外接矩形的短边的中心线对所述第一边沿区域的两端进行切割，得到第一子边沿和第二子边沿这一步骤，其具体包括：

根据所述第一边沿区域确定待测弹簧的最小外接矩形，所述最小外接矩形包括第一长边、第二长边、第一短边以及第二短边；

确定所述第一短边和所述第二短边的第一中线，进而确定所述第一中线与所述第一边沿区域的两端的第一交点和第二交点；

根据所述第一交点和所述第二交点对所述第一边沿区域进行切割，并通过连通域分析得到第一子边沿和第二子边沿。

4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的弹簧线径检测方法，其特征在于，所述确定所述第一子边沿远离所述第一长边的多个第一拐点以及所述第二子边沿远离所述第二长边的多个第二拐点，并根据所述第一拐点和所述第二拐点确定关键点集合这一步骤，其具体包括：

确定所述第一长边与所述第一中线的第一中间平行线，并根据所述第一中间平行线对所述第一子边沿靠近所述第一长边的部分进行切除，得到多个第一子边沿段，进而确定各所述第一子边沿段到所述第二长边距离最近的点为第一拐点；

确定所述第二长边与所述第一中线的第二中间平行线，并根据所述第二中间平行线对所述第二子边沿靠近所述第二长边的部分进行切除，得到多个第二子边沿段，进而确定各所述第二子边沿段到所述第一长边距离最近的点为第二拐点；

根据所述第一拐点和所述第二拐点确定关键点集合。

5.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的弹簧线径检测方法，其特征在于，所述根据所述关键点集合对所述第一边沿区域进行切割，得到多个边沿段这一步骤，其具体包括：

从所述关键点集合中获取距离所述第一短边最近的第一关键点和距离所述第一短边最远的第二关键点；

根据所述第一关键点和所述第二关键点对所述第一边沿区域的两端进行切除，得到第二边沿区域；

根据所述第一拐点对所述第二边沿区域靠近所述第二长边的部分进行切除，并根据所述第二拐点对所述第二边沿区域靠近所述第一长边的部分进行切除，得到第三边沿区域；

根据所述第一拐点和所述第二拐点对所述第三边沿区域进行分割，通过连通域分析得到多个边沿段。

6.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉的弹簧线径检测方法，其特征在于，所述对所述边沿段进行直线拟合，得到多个拟合直线这一步骤，其具体包括：

确定各所述边沿段的重心，并根据各所述重心到所述第一短边的距离对各所述边沿段进行排序；

根据排序结果对所述边沿段进行配对，配对后的两个边沿段排序相邻且距离低于预设阈值；

通过最小二乘法对各所述边沿段进行直线拟合，得到多个拟合直线。

7.根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的弹簧线径检测方法，其特征在于，所述根据所述拟合直线和所述关键点集合确定检测线，从而根据所述检测线和所述边沿段确定待测弹簧的线径这一步骤，其具体包括：

在所述关键点集合中确定与第一边沿段距离最近的第三关键点和与第二边沿段距离最近的第四关键点，所述第一边沿段和所述第二边沿段为配对后的两个边沿段；

确定所述第三关键点到第一拟合直线的第一垂足和到第二拟合直线的第二垂足，并确定所述第四关键点到所述第一拟合直线的第三垂足和到所述第二拟合直线的第四垂足，所述第一拟合直线为所述第一边沿段的拟合直线，所述第二拟合直线为所述第二边沿段的拟合直线；

根据所述第一垂足和所述第二垂足的中点确定第一端点，并根据所述第三垂足和所述第四垂足的中点确定第二端点，进而根据所述第一端点和所述第二端点确定检测基线；

在所述检测基线的垂直方向上确定多条检测线，根据所述第一边沿段和所述第二边沿段截取所述检测线的长度确定待测弹簧在对应位置的线径。

8.一种基于机器视觉的弹簧线径检测系统，其特征在于，包括：

第一边沿区域确定模块，用于获取待测弹簧的第一图像信息，根据所述第一图像信息确定待测弹簧的第一边沿区域；

子边沿切割模块，用于根据所述第一边沿区域确定待测弹簧的最小外接矩形，进而根据所述最小外接矩形的短边的中心线对所述第一边沿区域的两端进行切割，得到第一子边沿和第二子边沿，所述第一子边沿靠近所述最小外接矩形的第一长边，所述第二子边沿靠近所述最小外接矩形的第二长边；

关键点集合确定模块，用于确定所述第一子边沿远离所述第一长边的多个第一拐点以及所述第二子边沿远离所述第二长边的多个第二拐点，并根据所述第一拐点和所述第二拐点确定关键点集合；

拟合直线确定模块，用于根据所述关键点集合对所述第一边沿区域进行切割，得到多个边沿段，进而对所述边沿段进行直线拟合，得到多个拟合直线；

线径确定模块，用于根据所述拟合直线和所述关键点集合确定检测线，从而根据所述检测线和所述边沿段确定待测弹簧的线径。

9.一种基于机器视觉的弹簧线径检测装置，其特征在于，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如权利要求1至7中任一项所述的一种基于机器视觉的弹簧线径检测方法。

10.一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，其特征在于，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如权利要求1至7中任一项所述的一种基于机器视觉的弹簧线径检测方法。