CN117663979A - 一种基于视觉系统的透明物体边界判定系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视觉系统的透明物体边界判定系统及方法，包括：承载台，承载台上沿横向方向均匀设置若干相同宽度的横向标志条，沿竖向方向均匀设置若干相同宽度的竖向标志条；横向标志条和竖向标志条的颜色相同或相近，且与承载台颜色不同；视觉系统，通过检测各横向标志条的宽度，判断出宽度发生变化的横向标志条的位置，进而确定出透明物体的横向边界；通过检测各竖向标志条的宽度，判断出宽度发生变化的竖向标志条的位置，进而确定出透明物体的竖向边界。本发明无需复杂的软件处理过程，既可实现对透明物体的边界定位，从而为后续的机器人抓取工作提供数据基础。

Description

一种基于视觉系统的透明物体边界判定系统及方法

技术领域

本发明涉及工业生产技术领域，尤其涉及一种基于视觉系统的透明物体边界判定系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前，在工业生产车间，特别是物流工序中，为了提高柔性自动化程度，会配备视觉系统对零件进行视觉定位并将位置发给执行机构以便执行下序工序。视觉系统的定位原理是零件本身反射的光线到达视觉系统的接收器，以便识别位置尺寸，但实际生产中会遇到零件是透明材料(例如玻璃)的情况，这种情况下，由于透明材料的光线反射能力很差，传统的视觉系统检测方法无法满足对透明材料的定位需求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于视觉系统的透明物体边界判定系统及方法，通过设置标志条，利用光在透明材料和空气中的折射率不同，能够基于视觉系统识别出透明物体的边界。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种基于视觉系统的透明物体边界判定系统，包括：

承载台，所述承载台上沿横向方向均匀设置若干相同宽度的横向标志条，相邻两个横向标志条之间间隔设定距离；所述承载台上沿竖向方向均匀设置若干相同宽度的竖向标志条，相邻两个竖向标志条之间间隔设定距离；所述横向标志条和竖向标志条的颜色相同或相近，且与承载台颜色不同；

视觉系统，设置在承载台的上方，透明物体放置在承载台上时，所述视觉系统通过检测各横向标志条的宽度，判断出宽度发生变化的横向标志条的位置，进而确定出透明物体的横向边界；

所述视觉系统通过检测各竖向标志条的宽度，判断出宽度发生变化的竖向标志条的位置，进而确定出透明物体的竖向边界。

作为进一步地方案，若宽度发生变化的横向标志条有一条，则该条横向标志条的位置即为透明物体的横向边界位置；

若宽度发生变化的横向标志条有两条或两条以上，则在宽度发生变化的横向标志条中，最靠近视觉系统的横向标志条的位置作为透明物体最内侧的横向边界，最远离视觉系统的横向标志条的位置作为透明物体最外侧的横向边界。

若宽度发生变化的竖向标志条有一条，则该条竖向标志条的位置即为透明物体的竖向边界位置；

若宽度发生变化的竖向标志条有两条或两条以上，则在宽度发生变化的竖向标志条中，最靠近视觉系统的竖向标志条的位置作为透明物体最内侧的边界，最远离视觉系统的竖向标志条的位置作为透明物体最外侧的边界。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种基于视觉系统的透明物体边界判定方法，包括：

透明物体放置在承载台上，视觉系统获取每一个横向标志条和每一个竖向标志条的宽度；

判断所有横向标志条中，宽度与其他横向标志条宽度不同的横向标志条，确定所述横向标志条的位置，进而确定出透明物体的横向边界；

判断所有竖向标志条中，宽度与其他竖向标志条宽度不同的竖向标志条，确定所述竖向标志条的位置，进而确定透明物体的竖向边界。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明利用光在透明物体和空气中折射率不同的特点，通过设置带有颜色信息的标志条作为标记物，利用视觉系统检测各个标志条的宽度，找出宽度发生变化的横向标志条和竖向标志条，进而确定透明物体的边界；无需复杂的软件处理过程，既可实现对透明物体的边界定位，从而为后续的机器人抓取工作提供数据基础。

本发明的其他特征和附加方面的优点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，或通过本方面的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例中的基于视觉系统的透明物体边界判定系统示意图；

图2为本发明实施例中的标志条示意图；

图3为本发明实施例中的透明物体边界判定原理示意图；

图4为本发明实施例中的透明物体为四棱台时的检测原理图；

其中，1.视觉单元，2.辅助照明单元，3.透明物体，4-1.横向标志条，4-2.竖向标志条，5.承载台。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

在一个或多个实施方式中，公开了一种基于视觉系统的透明物体边界判定系统，结合图1和图2，具体包括：

(1)承载台5，承载台5上沿横向方向均匀设置若干相同宽度的横向标志条4-1，相邻两个横向标志条4-1之间间隔设定距离；承载台5上沿竖向方向均匀设置若干相同宽度的竖向标志条4-2，相邻两个竖向标志条4-2之间间隔设定距离；横向标志条4-1和竖向标志条4-2的颜色相同或相近，且与承载台5颜色不同；

本实施例中，横向标志条之间的间隔距离和竖向标志条之间的间隔距离相等，并且横向标志条和竖向标志条在同一个水平面上；横向标志条和承载台的颜色差别较大，通常情况下，承载台是无色的，利用横向标志条和承载台之间形成的有色和无色的边界，作为识别位置线；竖向标志条也是一样的道理。横向标志条和竖向标志条的颜色可以是相同的(比如都是红色)，这样横向标志条和竖向标志条交叠的位置不会出现别的颜色。

本实施例中，横向标志条或竖向标志条均为条带状，标志条的宽度根据需要进行设定，标志条的宽度越小，透明物体3边界测量的准确性越高，因此，标志条的宽度需要小于透明物体边界测量所允许的最大误差范围。通常情况下，标志条的宽度根据使用要求及视觉系统的配置精度等来确定，一般来说是毫米级，比如：2mm。

需要说明的是，相邻两条横向标志条或竖向标志条之间也会呈现条带状，只是颜色为承载台的颜色，后续视觉系统判断宽度发生变化的标志条时，也会将其视为另一个颜色的标志条，这些区域的位置也是可以确定的，因此，如果宽度发生变化的是这一部分，则同样根据该部分的位置确定透明物体边界。

(2)视觉系统，设置在承载台5的上方，透明物体3放置在承载台上时，视觉系统通过检测各横向标志条的宽度，判断出宽度发生变化的横向标志条的位置，进而确定出透明物体的横向边界；视觉系统通过检测各竖向标志条的宽度，判断出宽度发生变化的竖向标志条的位置，进而确定出透明物体的竖向边界。

本实施例中，视觉系统设置在承载台的正上方，视觉系统包括视觉单元1和辅助照明单元2，视觉单元1用于获取各横向标志条和竖向标志条的边界图像，并基于获取的图像分析出透明物体3的横向和竖向边界；辅助照明单元2设置在视觉单元的上方，用于提供辅助照明。

视觉系统中预先标定了各标志条在承载台未放置物体时的位置坐标；因此，在放置了透明物体后：

①若标志条的两个边界都被透明物体覆盖，或者，都没有被透明物体覆盖，则视觉系统检测到的相邻近标志条的宽度都是相同的；

②若标志条的两个边界一个被透明物体覆盖，另一个未被透明物体覆盖，则视觉系统检测到的该标志条的宽度与其他邻近标志条的宽度不同；

③若前一个标志条的边界均被透明物体覆盖，而下一个标志条的边界均未被透明物体覆盖，即透明物体的边界落在了两个标志条之间，则视觉系统检测到的情况与②类似(相邻两个标志条之间有间隙，这个间隙的宽度是跟标志条宽度一样的，其实也是起了个标志条的作用)，视觉系统检测到的两个标志条之间的宽度与其他邻近标志条或与其他邻近两标志条之间的宽度是不同的。

④透明物边沿正好压在标志条的边沿上，这个时候由于检测物厚度折射情况的存在，视觉系统还是能够检测到该标志条的宽度与其他邻近标志条的宽度不同，或者两标志条之间的宽度与其他邻近两标志条之间的宽度是不同的。

找到了宽度发生变化的标志条位置后，便可以基于预先标定的位置判断出边界所在的位置。

结合图3和图4，本实施例视觉系统检测透明物体的边界的原理为：

以透明物体右侧边界为例进行说明，竖向标志条透过被检测透明物被视觉系统捕捉到，由于光在透明材料和在空气中的折射率不同，因此在被检测透明物的右侧边界位置，视觉系统会检测到至少一条竖向标志条的宽度发生变化，通过分析该竖向标志条的位置数据，便可以判断出透明材料的右侧边界位置，以达到视觉定位的目的。透明物体左侧边缘和上下两侧的边界都是基于相同的原理，不再赘述。

作为具体的实施方式，仍然以透明物体右侧边界为例进行说明：

当透明物体的边界为一条平行于竖向标志条的直线时(比如图3中所示的透明物体为正方体或长方体时)，视觉系统会检测到在透明物体右侧竖向边界位置，有一条竖向标志条的宽度发生变化(视觉系统检测到的标志条的宽度变化为：6-5.41-6，宽度的单位不做具体限定，下面也是一样)，则该条竖向标志条的位置即为透明物体右侧的竖向边界位置；同理，左侧竖向边界位置也是这样得到。

当透明物体的边界为斜线或不规则形状时(比如图4中所示的透明物体为四棱台时，其横截面为梯形)，视觉系统会检测到在透明物体的右侧竖向边界位置，两条或两条以上的竖向标志条的宽度发生变化，则在宽度发生变化的竖向标志条中，最靠近视觉系统的竖向标志条的位置作为透明物体最内侧的竖向边界，最远离视觉系统的竖向标志条的位置作为透明物体最外侧的竖向边界。即，图4中视觉系统检测到的右侧部分标志条的宽度变化为：6-1-2.1-3.2-3.9-6；其中，宽度为6的部分呈现出标志条的颜色，宽度为1的部分呈现出承载台的颜色，宽度为2.1的部分呈现出标志条的颜色，宽度为3.2的部分呈现出承载台的颜色，宽度为3.9的部分呈现出标志条的颜色，宽度为6的部分呈现出承载台的颜色。此时，视觉系统会判断宽度为1的承载台部分对应的位置作为透明物体的最内侧边界的位置，宽度为3.9的标志条部分对应的位置作为透明物体的最外侧边界的位置。

即，若宽度发生变化的竖向标志条有一条，则该条竖向标志条的位置即为透明物体的竖向边界位置；若宽度发生变化的竖向标志条有两条或两条以上，则在宽度发生变化的竖向标志条中，最靠近视觉系统的竖向标志条的位置作为透明物体最内侧的边界，最远离视觉系统的竖向标志条的位置作为透明物体最外侧的边界。

同理，透明物体上下两侧横向边界的确定也是如此；

若宽度发生变化的竖向标志条有一条，则该条竖向标志条的位置即为透明物体的竖向边界位置；若宽度发生变化的竖向标志条有两条或两条以上，则在宽度发生变化的横向标志条中，最靠近视觉系统的横向标志条的位置作为透明物体最内侧的横向边界，最远离视觉系统的横向标志条的位置作为透明物体最外侧的横向边界。

实施例二

在一个或多个实施方式中，公开了一种基于视觉系统的透明物体边界判定方法，具体包括：

透明物体放置在承载台上，视觉系统获取每一个横向标志条和每一个竖向标志条的宽度；

判断所有横向标志条中，宽度与其他横向标志条宽度不同的横向标志条，确定所述横向标志条的位置，进而确定出透明物体的横向边界；

判断所有竖向标志条中，宽度与其他竖向标志条宽度不同的竖向标志条，确定所述竖向标志条的位置，进而确定透明物体的竖向边界。

若宽度发生变化的横向标志条有一条，则该条横向标志条的位置即为透明物体的横向边界位置；

若宽度发生变化的横向标志条有两条或两条以上，则在宽度发生变化的横向标志条中，最靠近视觉系统的横向标志条的位置作为透明物体最内侧的横向边界，最远离视觉系统的横向标志条的位置作为透明物体最外侧的横向边界。

若宽度发生变化的竖向标志条有一条，则该条竖向标志条的位置即为透明物体的竖向边界位置；

若宽度发生变化的竖向标志条有两条或两条以上，则在宽度发生变化的竖向标志条中，最靠近视觉系统的竖向标志条的位置作为透明物体最内侧的边界，最远离视觉系统的竖向标志条的位置作为透明物体最外侧的边界。

上述过程的具体实现方式与实施例一中相同，不再详述。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于视觉系统的透明物体边界判定系统，其特征在于，包括：

承载台，所述承载台上沿横向方向均匀设置若干相同宽度的横向标志条，相邻两个横向标志条之间间隔设定距离；所述承载台上沿竖向方向均匀设置若干相同宽度的竖向标志条，相邻两个竖向标志条之间间隔设定距离；所述横向标志条和竖向标志条的颜色相同或相近，且与承载台颜色不同；

视觉系统，设置在承载台的上方，透明物体放置在承载台上时，所述视觉系统通过检测各横向标志条的宽度，判断出宽度发生变化的横向标志条的位置，进而确定出透明物体的横向边界；

所述视觉系统通过检测各竖向标志条的宽度，判断出宽度发生变化的竖向标志条的位置，进而确定出透明物体的竖向边界。

2.如权利要求1所述的一种基于视觉系统的透明物体边界判定系统，其特征在于，若宽度发生变化的横向标志条有一条，则该条横向标志条的位置即为透明物体的横向边界位置；

若宽度发生变化的横向标志条有两条或两条以上，则在宽度发生变化的横向标志条中，最靠近视觉系统的横向标志条的位置作为透明物体最内侧的横向边界，最远离视觉系统的横向标志条的位置作为透明物体最外侧的横向边界。

3.如权利要求1所述的一种基于视觉系统的透明物体边界判定系统，其特征在于，若宽度发生变化的竖向标志条有一条，则该条竖向标志条的位置即为透明物体的竖向边界位置；

若宽度发生变化的竖向标志条有两条或两条以上，则在宽度发生变化的竖向标志条中，最靠近视觉系统的竖向标志条的位置作为透明物体最内侧的边界，最远离视觉系统的竖向标志条的位置作为透明物体最外侧的边界。

4.如权利要求1所述的一种基于视觉系统的透明物体边界判定系统，其特征在于，所述视觉系统设置在承载台的正上方。

5.如权利要求1所述的一种基于视觉系统的透明物体边界判定系统，其特征在于，所述视觉系统包括视觉单元和辅助照明单元。

6.如权利要求1所述的一种基于视觉系统的透明物体边界判定系统，其特征在于，所述横向标志条或竖向标志条为条带状，标志条的宽度根据需要进行选择。

7.如权利要求1所述的一种基于视觉系统的透明物体边界判定系统，其特征在于，所述视觉系统中预先标定了各标志条在承载台未放置物体时的位置坐标。

8.一种基于视觉系统的透明物体边界判定方法，其特征在于，包括：

透明物体放置在承载台上，视觉系统获取每一个横向标志条和每一个竖向标志条的宽度；

判断所有横向标志条中，宽度与其他横向标志条宽度不同的横向标志条，确定所述横向标志条的位置，进而确定出透明物体的横向边界；

判断所有竖向标志条中，宽度与其他竖向标志条宽度不同的竖向标志条，确定所述竖向标志条的位置，进而确定透明物体的竖向边界。

9.如权利要求8所述的一种基于视觉系统的透明物体边界判定方法，其特征在于，若宽度发生变化的横向标志条有一条，则该条横向标志条的位置即为透明物体的横向边界位置；

若宽度发生变化的横向标志条有两条或两条以上，则在宽度发生变化的横向标志条中，最靠近视觉系统的横向标志条的位置作为透明物体最内侧的横向边界，最远离视觉系统的横向标志条的位置作为透明物体最外侧的横向边界。

10.如权利要求8所述的一种基于视觉系统的透明物体边界判定方法，其特征在于，若宽度发生变化的竖向标志条有一条，则该条竖向标志条的位置即为透明物体的竖向边界位置；

若宽度发生变化的竖向标志条有两条或两条以上，则在宽度发生变化的竖向标志条中，最靠近视觉系统的竖向标志条的位置作为透明物体最内侧的边界，最远离视觉系统的竖向标志条的位置作为透明物体最外侧的边界。