疊放螺母定位研究

朱娜瑩　金惠蘭

摘要工業(yè)生產(chǎn)中利用機器代替人工進行上下物料，需要對物料進行定位。本文首先利用MATLAB軟件處理深度圖數(shù)據(jù)將螺母與背景相互分割，其次，對分割后圖像進行分層處理，最后，利用螺母定位模型逐層求得螺母數(shù)與坐標。

關(guān)鍵詞Roberts算法分層處理螺母定位

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A

0引言

機器人視覺系統(tǒng)是根據(jù)拍攝到的圖像信息進行對螺母的位置確定。模型具體步驟如下：

1深度圖像二值化

根據(jù)材料所給深度圖數(shù)據(jù)與深度圖對背景與目標物體進行分割。具體步驟：（1）利用深度圖中顏色與高度的換算關(guān)系，運用MATLAB軟件處理題目所給深度圖數(shù)據(jù)，結(jié)合所給的深度圖信息將背景層與螺母分割，得到螺母圖像。（2）為了進一步得到圖像上螺母的信息，需要將圖片二值化處理。即讓圖片上的像素點各值只為0或255，讓整張圖只顯示出黑白兩種顏色。圖像的二值化處理可使用MATLAB自帶的im2bw函數(shù)，該函數(shù)具有通過設定亮度閾值將圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像的功能。函數(shù)調(diào)用格式如下：

c=im2bw(k1，200/255)

2圖像邊緣檢測

根據(jù)二值化形態(tài)學運算將含有目標物體信息的區(qū)域從圖像中提取出來。此處用Roberts算法處理邊緣檢測。因為經(jīng)過Roberts 算子處理過得圖像的邊緣曲線不是很平滑，因此，使用Roberts 算子檢測出來的邊緣曲線需要做進一步細化處理，細化處理的計算公式如下：

其中是輸入圖像，是輸出圖像。數(shù)字圖像中Roberts算子的卷積模板如表1所示

表1：Roberts 算子的卷積模板

3最小二乘法擬合圓

機器人定位模型最終的目的是定位目標物體，而定位的方法就是對處理后圖像進行圓的擬合，以求得圓的半徑和圓心，最后憑此來確定圓的位置。此處用最小二乘法進行平面圓的擬合。

假設理想圓心坐標為(x0,y0)，圓半徑為R，測點直角坐標為(Xi,Yi)

（1）

令

圓心坐標為

（2）

把帶入可得圓的半徑

（3）

由式（2）、（3）可以得到螺母圓心和半徑。

4具體操作

（1）根據(jù)已獲得的深度圖數(shù)據(jù)利用MATLAB軟件還原數(shù)據(jù)圖像：

（2）分割出螺母信息圖：

從上圖可見由于疊放狀態(tài)下，螺母之間的相互遮擋，導致螺母信息無法準確識別，因此，需要分層處理深度數(shù)據(jù)，先將位于不同高度的螺母圖像利用深度數(shù)據(jù)的不同分離出2層不同的圖層，上層螺母的深度取值范圍是29mm-35mm，下層螺母的深度取值范圍是37.5mm以上時最大限度的保留本層信息。然后，逐步定位上下層的螺母。

（3）對第一層螺母的定位：

首先，利用MATLAB軟件分割第一層螺母信息，其次，進行二值化、邊緣化、最小二乘法擬合圓。可得到一層螺母共6個，中心坐標：（46.67，-13.30），（19.25，-8.45），（32.41，-3.64），（18.22，4.51），（30.53，10.66），（44.61，10.32）。單位：mm.

對第二層螺母進行同樣的操作可得到第二層螺母定位信息。螺母個數(shù)為1，中心坐標為（39.20，-4.82）。

5結(jié)論

利用分層處理的方法可以定位疊放螺母的位置，但在定位過程中發(fā)現(xiàn)傾斜螺母信息無法準確讀取。另外，還可能發(fā)生由于拍攝中偶然誤差而導致的深度圖數(shù)據(jù)殘缺和在收集深度圖數(shù)據(jù)時，常伴隨大量誤差配點問題需要進一步改進。

作者簡介：通訊作者：金惠蘭，女，（1969-)，講師，天津農(nóng)學院 基礎(chǔ)科學學院，碩士研究生，研究方向：拓撲空間。

參考文獻

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