基于多層圖像分割霍夫變換的零件定位模型

陳宣霖 劉淑輝 彭妍

摘 要：本文基于多層圖像分割，進(jìn)行多次霍夫變換，采用幾何特征對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行識(shí)別定位。首先第一次做霍夫變換檢測(cè)圓心位置與大圓邊界，并將圓心位置存入內(nèi)存；為了減少誤差將圖像分割為四個(gè)部分，對(duì)每一個(gè)零件再做一次霍夫變換檢測(cè)，進(jìn)一步檢測(cè)到小圓的邊界、確定小圓半徑，從而最終提取零件的輪廓；同時(shí)可對(duì)圖像分割后的四個(gè)零件做霍夫變換的直線檢驗(yàn)，最后刪除大圓以內(nèi)的部分，做第三次霍夫變換檢測(cè)齒輪。

關(guān)鍵詞：霍夫變換 多層圖像分割 幾何特征 零件定位

引言

如今，在工廠中人工制造機(jī)械零件的方式逐漸被機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)線替代，包括粗加工，細(xì)加工，裝夾，包裝等工序。一整套流程中有多個(gè)工序，而一條流水線一般負(fù)責(zé)一到兩個(gè)工序，在完成一個(gè)工序后需要將未完成的零件放到另一條流水線上，這就需要根據(jù)圖像處理利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)智能識(shí)別零件位置，并由機(jī)械手將零件自動(dòng)搬運(yùn)到特定位置。隨著機(jī)械電子產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步， 對(duì)零件檢測(cè)精度的要求越來越高。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法效率低， 誤差大， 已不能適應(yīng)目前工藝要求。

1 第一次霍夫變換

本文第一次使用霍夫變換目的是在圖像中檢測(cè)圓形區(qū)，再根據(jù)區(qū)域的特征，將圓心（x0，y0）和半徑r限制在一定范圍內(nèi)進(jìn)行計(jì)算，還可以采用先計(jì)算得出可能圓的半徑，然后對(duì)邊緣上的所有點(diǎn)進(jìn)行判斷，進(jìn)而快速識(shí)別的識(shí)別出圓形圖像的邊緣。

2 第二次霍夫變換

若在無噪音的干擾下，可以用H（ρ，θ）表示該方向上直線點(diǎn)的多少，即，用H（ρ，θ）來判斷直線是可靠的。基于此，可較容易地確定點(diǎn)的共線情況，因此，可以用H（ρ，θ）的值來進(jìn)行直線的判斷。具體的實(shí)現(xiàn)過程如下：

1.用sobel算法對(duì)原圖進(jìn)行邊緣提取，設(shè)P為得到的邊緣點(diǎn)集合；

2.計(jì)算出每個(gè)邊緣點(diǎn)各個(gè)方向上的ρ，將對(duì)應(yīng)的H（ρ，θ）加1；

3.根據(jù)H（ρ，θ）的峰值情況，從邊緣點(diǎn)中判斷滿足（ρ，θ）的點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注；

4.對(duì)于某一H（ρ，θ）所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)可根據(jù)x，y值計(jì)算該方向上直線的長度；

5.判斷點(diǎn)在該方向上的密度；

6.根據(jù)點(diǎn)的密度來判斷該直線。

在將圖像分割成四個(gè)零件的基礎(chǔ)上對(duì)每個(gè)零件做第二次的Hough 變換，此時(shí)進(jìn)行內(nèi)圓和直線的檢測(cè)，可得到內(nèi)圓的半徑、圓心及直線長度和直線與水平x軸所成的夾角。

3 第三次霍夫變換

對(duì)分割圖像后的每一個(gè)零件做刪除外圓以內(nèi)的部分處理，對(duì)刪除后的部分做第三次Hough變換，進(jìn)行齒輪的檢驗(yàn)。

邊緣二值圖像分為齒輪內(nèi)凹、外凸邊界的兩個(gè)部分，外邊緣每個(gè)鋸齒尖端部分即為齒頂圓所在位置，因此根據(jù)Hough變換檢測(cè)的圓可計(jì)算出齒輪的齒數(shù)以及齒輪所在的位置。外凸部分的幾何檢測(cè)結(jié)果為圓形，內(nèi)凹部分的幾何檢測(cè)結(jié)果仍為圓形，因此，根據(jù)檢測(cè)的圓的個(gè)數(shù)以及半徑可計(jì)算出該零件的齒輪齒數(shù)和齒輪的坐標(biāo)位置，基于此，進(jìn)行第三次Hough變換對(duì)四個(gè)零件進(jìn)行齒輪的輪廓檢測(cè)：

結(jié)論

本文考慮輪廓識(shí)別時(shí)分別從零件的外圓、中圓、內(nèi)圓、直線和齒輪的角度分開考慮，較全方面的建立了識(shí)別零件輪廓的算法，并在檢測(cè)結(jié)果中也驗(yàn)證了本文方法所采用的改進(jìn)的霍夫變換，結(jié)果表明具有較為精準(zhǔn)的結(jié)果，并且有良好的穩(wěn)定性，因此，本文的模型方法是可行的。

參考文獻(xiàn)：

[1]張永良， 李忠海. 圖像處理算法的效果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分析[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程版， 2006， 30（2）：332-335.

[2]張會(huì)章， 張利霞， 郭雷. 用霍夫變換來提取目標(biāo)邊界[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用， 2003， 23（z1）：117-119.