機(jī)器視覺在物體位姿檢測中的應(yīng)用

伊力亞爾·達(dá)吾提

【摘 要】論文旨在對物體位姿檢測過程中應(yīng)用機(jī)器視覺的實際效果進(jìn)行分析。在進(jìn)行實際驗證過程中使用工業(yè)相機(jī)，從兩個方位對目標(biāo)圖片進(jìn)行全面采集，在相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定的過程中，選擇的方法是張正友的以2D平面靶標(biāo)為基礎(chǔ)的標(biāo)定方法。并且在對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行測定的過程中，采用了目標(biāo)圖像，減去背景圖像并與形態(tài)學(xué)運算進(jìn)行結(jié)合的方法來實現(xiàn)初步定位。

【Abstract】The purpose of this paper is to analyze the actual effect of applying the machine vision in the process of object pose detection. In the process of carrying out the actual verification， the industrial camera is used， and the target picture is comprehensively collected from two directions， and during the calibration process of the camera， the method is a calibration method based on the 2D plane target of Zhang Zhengyou. And the method of combining the target image， the background image and the morphological operation is adopted to realize the preliminary positioning in the process of measuring the target area.

【關(guān)鍵詞】機(jī)器視覺；物體位姿；技術(shù)；應(yīng)用

【Keywords】machine vision； object posture； technology； application

【中圖分類號】TP391.4；TH161 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2019）03-0174-02

1 引言

工業(yè)零件制造行業(yè)，在進(jìn)行零件的分解以及甄別時，就將機(jī)器視覺技術(shù)引入其中，大大提高了實際的分類效率以及甄別效率。而在進(jìn)行分裂的過程中，需要進(jìn)行甄別的零件數(shù)目非常多，所以也就需要應(yīng)用機(jī)器視覺來對各零件的位姿數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測。

2 機(jī)器視覺在物體位姿檢測中的應(yīng)用

2.1 采樣圖像處理

2.1.1 圖像背景處理

對于目標(biāo)圖像進(jìn)行采集作業(yè)時要確保采集位置的光照是充足的，并且相機(jī)在采集過程中不會出現(xiàn)移動。當(dāng)采集到相關(guān)圖像之后，需要在目標(biāo)圖像和背景圖像之間做差，最終得到目標(biāo)區(qū)域。但所得到的目標(biāo)區(qū)域，仍然存在高光區(qū)域，需要在形態(tài)學(xué)運算過程中對其進(jìn)行去除。

2.1.2 形態(tài)學(xué)的計算

采用以數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)為基礎(chǔ)的邊緣檢測算法對目標(biāo)圖像進(jìn)行提取，可以降低由噪聲所帶來的影響，確保在提取過程中，邊緣處于平滑狀態(tài)[1]。在進(jìn)行形態(tài)學(xué)運算的過程中，膨脹以及腐蝕屬于該算法的最基礎(chǔ)運算，其中，前者能夠?qū)υ谔崛∵^程中所出現(xiàn)的小空洞進(jìn)行填補，后者則能夠?qū)υ谔崛∵^程中所出現(xiàn)的一些連線和小點進(jìn)行去除。

2.2 圖像的邊緣檢測和匹配

2.2.1 圖像邊緣檢測

圖像擁有諸多特征，在對這些特征進(jìn)行檢測時，圖像的邊緣以及角點是最主要的特征之一，在實際檢測過程中，檢測方法以及檢測技術(shù)有許多種，本文論述過程中所選擇的方法是Hough變換法，通過該方法對圖像的直線邊緣實現(xiàn)檢測處理。該方法在實際檢測過程中是將皮卡爾坐標(biāo)系當(dāng)中采用斜率和截距來進(jìn)行反應(yīng)的直線，在極坐標(biāo)系當(dāng)中，通過極徑以及極角對該直線進(jìn)行表示，同時還對該直線的相關(guān)參數(shù)實現(xiàn)了累加，從而達(dá)到對該直線進(jìn)行檢測的目的。因為該檢測屬于局部檢測，并且想通過局部檢測對全面的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行計算，所以采用此方法能夠?qū)⒁蛟肼暫捅黄渌繕?biāo)覆蓋所引起的影響因素降低到最低，具有較高的容錯性以及魯棒性。

2.2.2 直線匹配

為了得出直線所在三維空間的相關(guān)坐標(biāo)，需要對角點進(jìn)行匹配。對于機(jī)器視覺來講，角點匹配操作難度非常高，但也同時是機(jī)器視覺相關(guān)功能實現(xiàn)中最重要的步驟。在實際匹配的過程中，為了能夠使匹配的效果達(dá)到最優(yōu)，需要增加以下三個約束條件，分別是極限約束，灰度相似性約束以及直線約束[2]。

2.3 物體坐標(biāo)計算

本文所描述的機(jī)器視覺主要用于工廠生產(chǎn)過程中，進(jìn)行批量零件制作檢測與識別，所以其所面對的目標(biāo)大多數(shù)都是相同的工件，雖然背景不同，但是物體的樣式卻都是相同的，所以在進(jìn)行圖像采集的過程中，若出現(xiàn)了遮擋會導(dǎo)致某一個物體或者是工件全部信息不能夠得到反饋。但采用已知的物體模板信息，還是能夠?qū)ο嚓P(guān)的物體進(jìn)行檢測與識別。例如，在進(jìn)行檢測的過程中，檢測目標(biāo)為立方體，但工作人員對于立方體的相關(guān)信息僅僅知道其邊長，并且邊長的數(shù)值為100mm。對于該物件的位姿確定，能夠通過多種方法來實現(xiàn)。第1種方法，確定立方體的質(zhì)心以及角點；第2種方法則是將立方體的質(zhì)心以及一條邊進(jìn)行準(zhǔn)確定位；第3種是通過立方體相互垂直的三條邊來進(jìn)行位姿確定；第4種是通過立方體的三個角點對其進(jìn)行確定，除此之外還有很多種方法。在實際檢測過程中，可能在檢測過程中所得到的并不是完整邊界，所以可以通過計算立方體的質(zhì)心以及角點，來進(jìn)行位姿確定。

在進(jìn)行具體計算之前，還需要尋找到能夠符合以下條件的線段，線段數(shù)量為三條。①兩線段之間的間距不會比立方體邊長的根號2倍要大；②所尋找到的三條線段，處于相互垂直的關(guān)系；③在三條線段空間位置中至少有一個交點。

在后續(xù)的計算過程中，為了能夠準(zhǔn)確得到線段的坐標(biāo)，需要將圖像像素與實際坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而得到所尋找的三條線段的端點。然后對已經(jīng)確定好坐標(biāo)的三條線段進(jìn)行單位方向向量的計算，同時對于三條線段的交點坐標(biāo)也需要進(jìn)行計算，從而求出長方體質(zhì)心坐標(biāo)。

3 結(jié)語

機(jī)器視覺在工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用越來越廣泛，通過機(jī)器視覺能夠很好地對工業(yè)生產(chǎn)過程中相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行檢測以及定位。所以需要對機(jī)器視覺在位姿確定過程中的實際應(yīng)用原理進(jìn)行深入分析，并且基于此原理不斷對其進(jìn)行改善，提高機(jī)器視覺在實際應(yīng)用過程中對各種影響因素的排除效率，增加位姿定位的準(zhǔn)確率。通過提高機(jī)器視覺的實際使用效率，提升其在工業(yè)領(lǐng)域中的實際應(yīng)用效果，為工業(yè)生產(chǎn)改革提供更強(qiáng)的助力。

【參考文獻(xiàn)】

【1】李彬， 羅彪. 機(jī)器視覺在物體位姿檢測中的應(yīng)用[J]. 傳感器與微系統(tǒng)， 2016， 35（2）：150-153.

【2】佚名.機(jī)器視覺在物體位姿檢測中的應(yīng)用[J]. 軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品， 2018（24）：35.