一种基于机器视觉热保护器校准点中心定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于机器视觉热保护器校准点中心定位方法，包括图像预处理，目标提取，校准点区域边缘提取；校准点中心位置确定等步骤，本发明专利技术通过改进的随机Hough变换对提取的边缘进行圆检测，获得校准点中心位置。本发明专利技术克服了传统的Hough变换检测圆计算量大，占用过多内存的情况，大大地提升了检测速度；本发明专利技术克服随机圆检测算法(RCD)对图像的边缘点进行检测时，在复杂背景下存在鲁棒性差的问题，提高系统的鲁棒性，使热保护器校准点中心定位对环境的适应能力增强，系统的应用领域更宽。

A Method for Calibration Point Center Location of Thermal Protector Based on Machine Vision

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉热保护器校准点中心定位方法
本专利技术属于热保护器
，具体涉及一种基于机器视觉热保护器校准点中心定位方法。
技术介绍
热保护器是一种电路保护装置，广泛的应用在各类电器产品中，其主要的工作原理是在常温下保持电路的接通，当温度超出设定阈值之后，切断电路。起主要作用的是内部的双金属片，但双金属片的跳变温度又与校准点深度紧密相关，因此校准点深度测量是产品检验中的重要内容。由于校准点尺寸微小，采用结构光深度检测时第一步要进行校准点中心点的定位，以确保结构光线能够准确打在校准点最深处。热保护器校准点二维成像几何特征为圆形结构，因此可以首先通过检测圆，然后获得圆心坐标实现对校准点中心定位。对于圆的检测，目前有大量的相关研究和检测方法。Hough变换检测圆是最基本检测方法，将平面坐标转化到参数坐标，在参数空间对坐标点进行累积，获得峰值点求得圆参数。传统的Hough变化检测圆计算量大，占用过多的内存。针对传统检测方法的不足，国内外学者在此基础上提出了多种改进方法。(1)Xu等提出了随机Hough变换(RHT)，在一定程度上缓解了计算量大和占用内存多的问题。RHT通过在图像空间随机采样非共线的3个边缘点映射到参数空间，提取峰值对应的圆参数，采用这种多对一的映射，大大地提升了检测速度；虽然RHT算法在平面坐标到参数坐标映射时采用多对一的方式，但还存在空间参数累积的问题，因此计算速度有待提高。(2)Chen等人提出的随机圆检测算法(RCD)，RCD直接对图像的边缘点进行检测，不存在空间参数累积的问题，在检测速度和检测精度上都得到提升，但是该方法在复杂背景下存在鲁棒性差的问题。(3)李福庆，苏湛提出一种基于粒子群算法的圆检测方法。基于粒子群圆检测算法相比Hough变换检测圆的效率更高，运行时间更短。
技术实现思路
为了解决当前热保护器光学情况复杂、干扰因素较多、检测效果不理想的问题，本专利技术提出了一种基于机器视觉热保护器校准点中心定位方法。该方法在原有圆检测方法上进行改进，提出一种改进型Hough变换圆检测算法，实现校准点边缘最优圆的检测和中心定位。本专利技术的技术方案如下：一种基于机器视觉热保护器校准点中心定位方法，包括以下步骤：第一步，图像预处理，具体包括：使用带显微镜头的工业相机对热保护器进行图像采集，对彩色图像进行灰度化处理，对图像进行滤波处理，对图像进行阈值分割；第二步，目标提取，采用形态学中的开运算进行去字符区，使图像轮廓变得光滑，断开狭窄连接并消除毛刺，通过采用连通域面积约束算法，消除形态学处理之后在边缘形成的离散点，通过对连通域标记，确定校准点区域；第三步，校准点区域边缘提取；第四步，校准点中心位置确定，通过改进的随机Hough变换对提取的边缘进行圆检测，获得校准点中心位置。具体地，第三步校准点区域边缘提取中采用8邻域区域生长算法对二值化的边缘图像进行处理，确定连通区域。8邻域区域生长算法对二值化的边缘图像进行处理具体包括如下步骤：步骤1，从上到下、从左到右的顺序依次扫描图像，扫描到第一个像素为1的点时，将该点作为基点，并对该点进行标记；步骤2，以基点为种子点，对其8邻域内的目标像素进行相同的标记；步骤3，将所有有标记的像素的8邻域内的目标像素标记为相同的标号，直到该连通区域标记完毕；步骤4，继续顺序扫描，重复前三步骤，直到所有的像素值为1的点标记结束。具体地，第四步校准点中心位置确定具体包括：步骤1，载入图像；步骤2，对该图像从左到右、从上到下扫描，得到边缘上一点，找到边缘子集中在竖直方向上对应的点，求取两点的对称中心；步骤3，以两点所在直线绕对称中心点旋转900；步骤4，旋转后得到直线与边缘的两交点，以这两个交点作为圆上的点，以两交点的中心对称点作为圆心，确定一圆方程C1；步骤5，以圆直径为轴，以圆心为旋转中心，按顺时针方向旋转30度，得到新的两点：s＝(x-a)cos30°-(y-b)sin30°+at＝(y-b)cos30°-(x-a)sin30°+b其中x，y表示直径延长线与边缘的交点，a，b为两交点的对称中心坐标，s，t表示旋转后的坐标，获得旋转后坐标(s0，y0)，(s1，t1)；求过两交点的所在直线：直线与边缘相较于两点，求出中心对称点，确定一圆C1，重复该步骤，直到旋转角度累积和超过180°；步骤6，设边缘像素点在第i个圆上的个数为E(Si)，点f(si，ti)为圆上点的像素值，则E(Si)可表示为：用N表示边缘点像素个数，则每个圆的偏差系数为：步骤7，偏差值系数最小的圆为最优圆，最优圆的圆心所在点即为校准点的中心位置。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)克服传统的Hough变换检测圆计算量大，占用过多内存的情况，大大地提升了检测速度。(2)克服随机圆检测算法(RCD)对图像的边缘点进行检测时，在复杂背景下存在鲁棒性差的问题，提高系统的鲁棒性。(3)使校准点中心位置定位精度提高，相对误差减小。(4)使热保护器校准点中心定位对环境的适应能力增强，系统的应用领域更宽。附图说明图1是本专利技术方法流程图；图2是本专利技术旋转候选圆示意图；图3是本专利技术非唯一最高点误差示意图；图4是本专利技术最优圆圆心确定流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述。图1所示为本专利技术校准点中心定位处理流程图，包括图像预处理、目标提取、校准点区域边缘提取、校准点中心位置确定。图像预处理包括如下步骤：步骤1，校准点直径在1mm左右，属于微小尺寸测量的范畴，为获得清晰的校准点图像，使用带显微镜头的工业相机对热保护器进行图像采集；步骤2，为了减少计算量，提高计算速度，对彩色图像进行灰度化处理；步骤3，消除金属反光、外界环境的影响，对图像进行滤波处理；步骤4，对图像进行阈值分割。预处理后的图像含有数字和英文字母的圆形结构，由双边缘组成，边缘宽度在4到8个像素之间，而校准点区域的边缘宽度在10个像素点以上，所以目标提取是采用形态学中的开运算进行去字符区，使图像轮廓变得光滑，断开狭窄连接并消除毛刺。在形态学处理之后会有边缘离散点，通过采用连通域面积约束算法，将离散点去除，通过对连通域标记，确定校准点区域。校准点区域边缘提取是采用8邻域区域生长算法对二值化的边缘图像进行处理，确定连通区域。包括如下步骤：步骤1，从上到下、从左到右的顺序依次扫描图像，扫描到第一个像素为1的点时，将该点作为基点，并对该点进行标记；步骤2，以基点为种子点，对其8邻域内的目标像素进行相同的标记；步骤3，将所有有标记的像素的8邻域内的目标像素标记为相同的标号，直到该连通区域标记完毕；步骤4，继续顺序扫描，重复前三步骤，直到所有的像素值为1的点标记结束。校准点中心位置确定是通过改进的随机Hough的圆检测算法对提取的边缘进行圆检测，获得校准点中心位置，流程如图4所示：如图2、3，圆是中心对称图形，首先从左到右，从上到下扫描，得到边缘上一点。找到边缘子集中在竖直方向上对应的点，求取两点的对称中心。以两点所在直线绕对称中心点旋转900，旋转后直线与边缘的两交点分别为(x0，y0)、(x1，y1)，以两交点作为圆上的点，以两交点的中心对称点作为圆心，确定一圆C1。因为内边缘并不是完全规则的圆，第一次扫描得到的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉热保护器校准点中心定位方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步，图像预处理，具体包括：使用带显微镜头的工业相机对热保护器进行图像采集，对彩色图像进行灰度化处理，对图像进行滤波处理，对图像进行阈值分割；第二步，目标提取，采用形态学中的开运算进行去字符区，使图像轮廓变得光滑，断开狭窄连接并消除毛刺，通过采用连通域面积约束算法，消除形态学处理之后在边缘形成的离散点，通过对连通域标记，确定校准点区域；第三步，校准点区域边缘提取；第四步，校准点中心位置确定，通过改进的随机Hough变换对提取的边缘进行圆检测，获得校准点中心位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉热保护器校准点中心定位方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步，图像预处理，具体包括：使用带显微镜头的工业相机对热保护器进行图像采集，对彩色图像进行灰度化处理，对图像进行滤波处理，对图像进行阈值分割；第二步，目标提取，采用形态学中的开运算进行去字符区，使图像轮廓变得光滑，断开狭窄连接并消除毛刺，通过采用连通域面积约束算法，消除形态学处理之后在边缘形成的离散点，通过对连通域标记，确定校准点区域；第三步，校准点区域边缘提取；第四步，校准点中心位置确定，通过改进的随机Hough变换对提取的边缘进行圆检测，获得校准点中心位置。2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉热保护器校准点中心定位方法，其特征在于：第三步中采用8邻域区域生长算法对二值化的边缘图像进行处理，确定连通区域。3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉热保护器校准点中心定位方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤1，从上到下、从左到右的顺序依次扫描图像，扫描到第一个像素为1的点时，将该点作为基点，并对该点进行标记；步骤2，以基点为种子点，对其8邻域内的目标像素进行相同的标记；步骤3，将所有有标记的像素的8邻域内的目标像素标记为相同的标号，直到该连通区域标记完毕；步骤4，继续顺序扫描，重复前三步骤，直...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋善超，冯佩云，何坚强，辅小荣，朱胜亮，苗荣，张春富，廖启蒙，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32