一种基于二次模板匹配的工件定位方法、设备及存储设备技术

本发明专利技术提供了一种基于二次模板匹配的工件定位方法、设备及存储设备，其方法包括：利用标定好的相机采集工件图像，然后进行图像校正，进而通过两次模板匹配定位工件的特征区域，并通过一系列方法将特征区域的形心二维坐标转换为原图像的三维坐标，最后通过立体几何方法，计算得到待定位工件形心的三维坐标，完成定位。一种基于二次模板匹配的工件定位设备及存储设备，用于实现基于二次模板匹配的工件定位方法。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术采用的基于两次模板匹配的方法提高了定位的速度与精确度，适用于大部分工件，同时还可以利用多次模板分割来根据实际情况不断地进行调整与优化，实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二次模板匹配的工件定位方法、设备及存储设备
本专利技术涉及图像识别领域，尤其涉及一种基于二次模板匹配的工件定位方法、设备及存储设备。
技术介绍
目前，机器视觉模板匹配技术广泛应用于工业现场的各个方面。目前已经有的模板匹配方法分为三类：基于灰度值的匹配方法、基于几何特征的匹配方法及基于梯度方向的模板匹配方法。其中基于灰度值的模板匹配方法依赖于良好的光照环境、且不适应旋转变换；基于几何特征的匹配方法虽然对图像质量要求较高，但匹配效果对光照及旋转等变化鲁棒性较强；基于梯度方向的模板匹配算法会把一些缺陷当做噪声，从而造成匹配率不高的问题。有些工件由于处于室外，光照条件并不稳定，因此基于灰度值的模板匹配方法很难运用于此类工件的定位中。同时由于常年使用，其表面通常会有不同程度地污渍，从而造成基于梯度方向的模板匹配算法应用的局限性。基于以上两种情况，基于几何特征的匹配方法能够有效的解决这两个问题，但是直接使用基于几何特征的模板匹配方法会导致进行模板匹配时计算量过大、且精度低。一种基于模板匹配的芯片定位方法,主分类号：G06K9/00(2006.01)I,分类号：G06K9/00(2006.01)I。该专利技术公开了一种基于模板匹配的芯片定位方法，具体包括以下步骤：步骤一，制作模板；步骤二，对待定位图片进行预处理，增大背景与芯片基体的对比度；步骤三，对预处理后的图片进行图像分割，得到blob块，利用blob块的面积和blob块对应的最小外接矩形的边长信息排除存在连晶、缺损缺陷的芯片；获取剩下的blob块的最小外接矩形的中心位置坐标，以及短边与水平方向的夹角；步骤四，根据步骤三得出的中心位置坐标和夹角，在待定位图片上采用模板匹配芯片，定位出芯片的位置和角度。本方法主要适用于芯片制造过程中对芯片的定位，采用先筛选再匹配的方法能快速准确定位出合格芯片的位置，排除掉带有连晶、缺损缺陷的芯片。基于模板匹配的MELF元件定位与检测方法，主分类号：G06K9/62(2006.01)I，分类号：G06K9/62(2006.01)IG06T7/00(2006.01)I。该专利技术通过建立带有角度的模板图像、得到缩小后的元件图像、获得缩小后的元件图像的距离变换图像和原始元件图像的距离变换图像、获取最终最佳匹配模板图像和最佳匹配位置、在带干扰点的边缘图像中提取关键边缘点并形成最小外接矩形、根据最小外接矩形设置偏置量后内部非零像素的个数的过程，得出元件位置正确且元件的长度和宽度在容差范围内，结束定位与检测过程并输出元件位置信息。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于二次模板匹配的工件定位方法、设备及存储设备，一种基于二次模板匹配的工件定位方法，主要包括以下步骤：S101：采用张正友标定法对相机进行标定，并利用标定后的相机完成待定位工件的图像采集，得到合格的第一待定位工件图像；S102：采用图像自校正的方法，对第一待定位工件图像进行图像校正，得到校正后的第二待定位工件图像；S103：根据预设的第一模板，采用模板匹配算法，在校正后的第二待定位工件图像中筛选出与第一模板对应的第一图像块，得到第二待定位工件图像中第一图像块对应的中心位置坐标；所述第一模板为待定位工件的全部或者部分图像；所述第一图像块在第二待定位工件图像上对应的区域即为待定位工件的目标区域；S104：根据预设的第二模板，采用模板匹配算法，在第一图像块中筛选出与第二模板对应的第二图像块，得到第二图像块在第一图像块中的中心位置坐标；所述第二模板为第一模板的一部分，为待定位工件图像的局部特征区域；S105：根据第二图像块在第一图像块中的中心位置坐标，利用线性坐标转换方法，计算得到第二图像块在第二待定位工件图像中的中心位置坐标；S106：根据第二图像块在第二待定位工件图像中的中心位置坐标，采用边缘拟合算法，计算得到第二图像块的拟合弧的圆心坐标；并根据第二图像块的拟合弧的圆心坐标，采用立体匹配方法，计算得到第二图像块的形心坐标；所述圆心坐标为基于图像坐标系下的二维坐标，所述形心坐标为基于世界坐标系下的三维坐标；S107：根据第二图像块的形心坐标，计算得到工件形心的三维坐标，完成工件定位。进一步地，步骤S102中，自校正方法采用全局自校正和局部自校正结合的方法。进一步地，步骤S103中，模板匹配算法采用基于几何特征的模板分割匹配算法。进一步地，步骤S105中，采用线性坐标转换方法，计算得到第二图像块在第二待定位工件图像中的中心位置坐标(sbui,sbvi)的公式如公式(1)所示：其中，(sbui,sbvi)为第二图像块在第二待定位工件图像中的形心位置坐标，(tbu,tbv)为第一图像块在第二待定位工件图像中的形心坐标，(stui,stvi)为第二图像块在第一图像块中的中心位置坐标，WT和HT为第一模板的长和宽，i＝1,2,…,n，n为第二图像块的个数。进一步地，步骤S106中，采用边缘拟合算法，计算得到第二图像块的拟合弧的圆心坐标的步骤为：S201：以(sbui,sbvi)为圆心，r为半径作圆，得到圆形区域；r为预设值；S202：在圆形区域内进行拟合弧操作，得到拟合弧的圆心Oi，i＝1,2,…,n，n为第二图像块的个数；S203：确定拟合弧所在的椭圆方程的系数值，椭圆方程的表达式如公式(2)所示：Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F＝0(2)式中，A、B、C、D、E、F为拟合弧所在的椭圆方程的系数，计算方法如下：将以(sbui,sbvi)为圆心，r为半径的圆离散化，任取圆上5个不同的坐标点，采用最小二乘法，求得椭圆方程的系数A、B、C、D、E、F的值；其中，最小二乘法的计算公式如公式(3)所示：其中，(xi,yi)为以(sbui,sbvi)为圆心，r为半径的圆上的离散点坐标，i＝1,2,…,n，n为第二图像块的个数；S204：根据系数值A、B、C、D、E、F，计算得到拟合弧所在的圆心坐标(X0,Y0)，计算公式如公式(4)所示：进一步地，步骤S106中，根据第二图像块的拟合弧的圆心坐标，采用立体匹配方法，计算得到第二图像块的形心坐标P(x,y,z)的公式如公式(5)所示：AP＝b(5)式中，P＝[xyz]T，Ml和Mr为左摄像头和右摄像头的投影矩阵，为已知量。进一步地，步骤S107中，根据第二图像块的形心坐标，计算得到工件形心坐标的公式如公式(6)所示：上式中，(x,y,z)为工件形心坐标值，(xi,yi,z)为第二图像块的形心坐标，i＝1,2,…,n，n为第二图像块的个数。一种存储设备，所述存储设备存储指令及数据用于实现一种基于二次模板匹配的工件定位方法。一种基于二次模板匹配的工件定位设备，包括：处理器及所述存储设备；所述处理器加载并执行所述存储设备中的指令及数据用于实现一种基于二次模板匹配的工件定位方法。本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术采用的两次模板匹配的方法提高了定位的速度与精确度，适用于大部分工件，同时还可以利用多次模板分割来根据实际情况不断地进行调整与优化，实用性强。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例中一种基于二次模板匹配的工件定位方法的流程图；图2是本专利技术实施例中金具面板模板的示意图；图3是本专利技术实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二次模板匹配的工件定位方法，其特征在于：包括以下步骤：S101：采用张正友标定法对相机进行标定，并利用标定后的相机完成待定位工件的图像采集，得到合格的第一待定位工件图像；S102：采用图像自校正的方法，对第一待定位工件图像进行图像校正，得到校正后的第二待定位工件图像；S103：根据预设的第一模板，采用模板匹配算法，在校正后的第二待定位工件图像中筛选出与第一模板对应的第一图像块，得到第二待定位工件图像中第一图像块对应的中心位置坐标；所述第一模板为待定位工件的全部或者部分图像；所述第一图像块在第二待定位工件图像上对应的区域即为待定位工件的目标区域；S104：根据预设的第二模板，采用模板匹配算法，在第一图像块中筛选出与第二模板对应的第二图像块，得到第二图像块在第一图像块中的中心位置坐标；所述第二模板为第一模板的一部分，为待定位工件图像的局部特征区域；S105：根据第二图像块在第一图像块中的中心位置坐标，利用线性坐标转换方法，计算得到第二图像块在第二待定位工件图像中的中心位置坐标；S106：根据第二图像块在第二待定位工件图像中的中心位置坐标，采用边缘拟合算法，计算得到第二图像块的拟合弧的圆心坐标；并根据第二图像块的拟合弧的圆心坐标，采用立体匹配方法，计算得到第二图像块的形心坐标；所述圆心坐标为基于图像坐标系下的二维坐标，所述形心坐标为基于世界坐标系下的三维坐标；S107：根据第二图像块的形心坐标，计算得到工件形心的三维坐标，完成工件定位。...

【技术特征摘要】
1.一种基于二次模板匹配的工件定位方法，其特征在于：包括以下步骤：S101：采用张正友标定法对相机进行标定，并利用标定后的相机完成待定位工件的图像采集，得到合格的第一待定位工件图像；S102：采用图像自校正的方法，对第一待定位工件图像进行图像校正，得到校正后的第二待定位工件图像；S103：根据预设的第一模板，采用模板匹配算法，在校正后的第二待定位工件图像中筛选出与第一模板对应的第一图像块，得到第二待定位工件图像中第一图像块对应的中心位置坐标；所述第一模板为待定位工件的全部或者部分图像；所述第一图像块在第二待定位工件图像上对应的区域即为待定位工件的目标区域；S104：根据预设的第二模板，采用模板匹配算法，在第一图像块中筛选出与第二模板对应的第二图像块，得到第二图像块在第一图像块中的中心位置坐标；所述第二模板为第一模板的一部分，为待定位工件图像的局部特征区域；S105：根据第二图像块在第一图像块中的中心位置坐标，利用线性坐标转换方法，计算得到第二图像块在第二待定位工件图像中的中心位置坐标；S106：根据第二图像块在第二待定位工件图像中的中心位置坐标，采用边缘拟合算法，计算得到第二图像块的拟合弧的圆心坐标；并根据第二图像块的拟合弧的圆心坐标，采用立体匹配方法，计算得到第二图像块的形心坐标；所述圆心坐标为基于图像坐标系下的二维坐标，所述形心坐标为基于世界坐标系下的三维坐标；S107：根据第二图像块的形心坐标，计算得到工件形心的三维坐标，完成工件定位。2.如权利要求1所述的一种基于二次模板匹配的工件定位方法，其特征在于：步骤S102中，自校正方法采用全局自校正和局部自校正结合的方法。3.如权利要求1所述的一种基于二次模板匹配的工件定位方法，其特征在于：步骤S103中，模板匹配算法采用基于几何特征的模板分割匹配算法。4.如权利要求1所述的一种基于二次模板匹配的工件定位方法，其特征在于：步骤S105中，采用线性坐标转换方法，计算得到第二图像块在第二待定位工件图像中的中心位置坐标(sbui,sbvi)的公式如公式(1)所示：其中，(sbui,sbvi)为第二图像块在第二待定位工件图像中的形心位置坐标，(tbu,tbv)为第一图像块在第二待定位工件图像中的形心坐标，(stui,stvi)为第二图像块在第一图像块中的中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鑫，曹卫华，谭畅，刘振焘，刘勇，张浩阳，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42