一种装配线端点定位方法与流程

本发明涉及机器视觉和工业自动化检测，特别涉及一种装配线端点定位方法。

背景技术：

1、在船舶制造的小组立装配环节中，钢板上的白色装配线是用于指示零部件装配位置的重要标记。传统的人工识别方法依靠工人肉眼识别装配线的位置和端点，存在以下问题：效率低下：人工识别速度慢，难以满足自动化生产线的高节拍要求；易受主观因素影响：不同工人的判断标准存在差异，装配精度不稳定；劳动强度大：长时间作业导致工人疲劳，增加误判风险。

2、而为实现自动化装配，需要采用机器视觉技术自动识别装配线的位置和端点。现有技术主要采用霍夫变换（hough transform）进行直线检测，但存在以下缺陷：

3、1. 端点定位不准确：霍夫变换检测得到的是无限长直线的参数（ρ, θ），即便是概率霍夫变换（probabilistic hough transform）也只能得到近似的端点坐标。在实际应用中，由于以下原因导致端点定位偏差严重：

4、全局亮度不均匀：工业现场光照条件复杂，钢板不同区域亮度差异大，使用固定阈值进行二值化时，暗区域的线条端点被截断，亮区域则引入噪声；

5、线条明暗变化：装配线本身存在明暗渐变，线段中间部分较亮，端部逐渐变暗，导致二值化后的线段长度与实际不符；

6、局部对比度变化：钢板表面反光、阴影等因素导致局部对比度下降，端部边缘模糊。

7、2. 对参数敏感：霍夫变换的累加器阈值、最小线段长度、最大间隙等参数需要根据具体图像调整，参数选择不当会导致漏检或误检；

8、3. 噪声干扰：钢板表面存在焊接缝、划痕、油污等干扰特征，这些干扰与装配线特征相似，容易导致误检。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种装配线端点定位方法，能够适应光照变化、精确定位端点，以满足船舶小组立自动化装配的精度要求，实现在全局亮度变化和局部对比度变化的情况下，准确定位装配线的端点位置，克服装配线明暗渐变导致的端点定位偏差，并在保证端点定位精度的同时，提高算法的鲁棒性和实时性。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种装配线端点定位方法，包括以下步骤，

4、s100：输入底板图像，基于hu矩对底板图像进行轮廓匹配与粗定位；

5、s200：对粗定位后的底板图像进行初步直线检测，得到若干直线段；

6、s300：计算各个直线段的中点和初始方向，沿对应中点出发，分别沿正方向和负方向延伸，收集线条点集；

7、s400：对收集到的线条点集通过最小二乘拟合，并得到精确的端点坐标。

8、更进一步地，所述步骤s100包括，

9、从理论模型中提取模板轮廓，并计算模板轮廓的hu矩特征向量；输入底板图像并进行轮廓检测，得到所有候选轮廓；最后，对每个候选轮廓进行基于hu矩的轮廓匹配，并根据理论模型生成感兴趣区域。

10、更进一步地，步骤s100中的轮廓匹配包括如下步骤，

11、计算候选轮廓的hu矩特征向量；而后进行形状相似度判定，计算候选轮廓与模板轮廓的hu矩相似度，若相似度距离值小于阈值，则认为形状匹配成功，进入下一步；否则判定为非底板轮廓，予以排除。

12、更进一步地，步骤s100中的粗定位包括如下步骤，

13、先基于模板轮廓生成图片模板，根据图片模板和底板图像进行多角度匹配，得到平移量和旋转量，而后根据平移量和旋转量构建仿射变换矩阵，最后根据仿射变换矩阵对理论模型中的标准装配线进行仿射变换，对得到的理论装配线按照预设距离外扩，裁剪出感兴趣区域。

14、更进一步地，所述多角度匹配包括如下步骤，

15、将图片模板旋转0-360度，然后与底板图像进行模板匹配，计算像素点像素平方差的和，使用图片模板作为掩膜，只计算轮廓内部区域像素点；遍历各角度、图片位置，轮廓内像素点像素平方差和达到最小值时，得到最佳的匹配姿态，输出此时的平移量和旋转量。

16、更进一步地，步骤s200包括，对粗定位后的底板图像进行自适应阈值二值化，得到二值图像并进行概率霍夫变换，检测直线段，并获取每条线段的初步端点坐标。

17、更进一步地，步骤300包括，根据每条线段的初步端点坐标得到对应直线段的中点坐标和方向向量，从中点坐标出发，沿方向向量的正方向、负方向分别延伸，每次延伸步长为s像素，得到预测点，而后在预测点周围提取局部区域，并对局部区域进行二值化，在方向向量的垂直方向、±r像素范围内扫描，提取所有白色点坐标，并计算其中心位置，记录为延伸点。

18、更进一步地，步骤300中，每延伸一步后，基于最近n个延伸点重新计算实际方向。

19、更进一步地，步骤300中，若在某一步未找到白色点，继续延伸，连续g次未找到白色点后再停止延伸。

20、更进一步地，步骤s400中，通过最小二乘拟合后，得到拟合直线，取线条点集的第一个点作为起点、最后一个点作为终点，将起点和终点投影到拟合直线上，作为精确的端点坐标。

21、综上所述，本发明具有以下有益效果：

22、1）通过局部自适应二值化动态调阈值、roi 裁剪聚焦有效区域、垂直方向中心检测线条核心，实现了在全局亮度变化和局部对比度变化的情况下，准确定位装配线的端点位置；

23、2）设计中点双向延伸策略规避端部不确定性，低对比度区域自动降阈值，配合间隙容错机制，克服了装配线明暗渐变导致的端点定位偏差。

24、3）提出垂直中心检测与最小二乘拟合保精度，hu 矩匹配与动态方向调整提鲁棒性，roi 裁剪减计算量，实现了在保证端点定位精度的同时，提高算法的鲁棒性和实时性；

25、综上，本发明因为采用了基于 hu 矩的底板轮廓粗定位、中点双向延伸策略、局部自适应二值化与垂直方向中心检测的结合，可以实现在全局亮度变化和局部对比度变化下装配线端点的亚像素级精确定位，同时满足工业实时性要求，克服了现有霍夫变换端点定位不准、对光照和线条明暗渐变敏感、抗噪能力弱、鲁棒性不足的缺陷，有效解决了船舶小组立装配中自动化定位的核心技术难题。

1.一种装配线端点定位方法，其特征在于：包括以下步骤，

2.根据权利要求1所述的一种装配线端点定位方法，其特征在于：所述步骤s100包括，

3.根据权利要求2所述的一种装配线端点定位方法，其特征在于：步骤s100中的轮廓匹配包括如下步骤，

4.根据权利要求1或3所述的一种装配线端点定位方法，其特征在于：步骤s100中的粗定位包括如下步骤，

5.根据权利要求4所述的一种装配线端点定位方法，其特征在于：所述多角度匹配包括如下步骤，

6.根据权利要求1所述的一种装配线端点定位方法，其特征在于：步骤s200包括，对粗定位后的底板图像进行自适应阈值二值化，得到二值图像并进行概率霍夫变换，检测直线段，并获取每条线段的初步端点坐标。

7.根据权利要求1所述的一种装配线端点定位方法，其特征在于：步骤300包括，根据每条线段的初步端点坐标得到对应直线段的中点坐标和方向向量，从中点坐标出发，沿方向向量的正方向、负方向分别延伸，每次延伸步长为s像素，得到预测点，而后在预测点周围提取局部区域，并对局部区域进行二值化，在方向向量的垂直方向、±r像素范围内扫描，提取所有白色点坐标，并计算其中心位置，记录为延伸点。

8.根据权利要求7所述的一种装配线端点定位方法，其特征在于：步骤300中，每延伸一步后，基于最近n个延伸点重新计算实际方向。

9.根据权利要求7所述的一种装配线端点定位方法，其特征在于：步骤300中，若在某一步未找到白色点，继续延伸，连续g次未找到白色点后再停止延伸。

10.根据权利要求1所述的一种装配线端点定位方法，其特征在于：步骤s400中，通过最小二乘拟合后，得到拟合直线，取线条点集的第一个点作为起点、最后一个点作为终点，将起点和终点投影到拟合直线上，作为精确的端点坐标。