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专利号: 2014101739665
申请人: 江南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-10-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于激光视觉的角焊缝自动跟踪方法,其特征是从局部图像的灰度统计量入手,计算初始图像中每点灰度的对比度以区分反光造成的干扰条纹与实际的激光条条纹,再通过图像形态学方法修复二值图像中包含实际光条的区域并进一步去除残留的干扰条纹;在初始图像的感兴趣区域中将各点灰度在光条截面方向泰勒展开,根据泰勒展开式确定光条中心点,对不同反射率的角焊缝表面以及任意方向的光条均适用;用改进的迭代最小二乘法精确地拟合出光条在角焊缝表面的两段直线方程从而得到角焊缝特征点;包含以下几个步骤:(1)找出初始图像中对比度强的点,构建二值图像;

(2)对二值图像执行图像形态学操作,确定初始图像中的感兴趣区域;

(3)在图像感兴趣区域中根据灰度在光条截面方向上的泰勒展开式确定光条中心点;

(4)拟合分段光条中心线方程并确定两段直线的交点作为角焊缝特征点。

2.根据权利要求1所述一种基于激光视觉的角焊缝自动跟踪方法,其特征是:所述步骤(1)中找出初始图像中对比度强的点,包含如下步骤:第一步、用大小为31*31的窗口计算初始图像中每点灰度的变异系数 

其中 为窗口内灰度的标准差, 为窗口内的灰度平均值;

第二步、将各点对应的变异系数归一化,对灰度变异系数超过0.5的点标记图像位置,由此得到与初始图像尺寸相同的二值图像。

3.根据权利要求1所述一种基于激光视觉的角焊缝自动跟踪方法,其特征是:所述步骤(2)中对二值图像执行图像形态学操作,选择10*10矩形结构元素对二值图像执行图像形态学闭运算,接着由重构做开运算,最后执行膨胀操作得到修正后的二值图像;二值图像中为

1的点在初始图像中对应的位置构成感兴趣区域,此感兴趣区域只包含实际激光条纹。

4.根据权利要求1所述一种基于激光视觉的角焊缝自动跟踪方法,其特征是:所述步骤(3)中在图像感兴趣区域中根据灰度在光条截面方向上的泰勒展开式确定光条中心点,包含如下步骤:第一步、离散化二维高斯函数及其在x和y方向上的一阶、二阶偏导数以及混合偏导数作为核函数构造卷积模板,将各核函数分别与初始图像感兴趣区域部分卷积,得到对应的与初始图像相同尺寸的5个矩阵;这5个矩阵中对应位置处的元素分别是感兴趣区域部分图像中各点灰度在x和y方向上的一阶、二阶偏导数以及混合偏导数;

第二步、由感兴趣区域中各点灰度在x和y方向上的二阶偏导数zxx,zyy和混合偏导数zxy构造各点对应的二阶Hessian矩阵H如下:求矩阵H的特征值和特征向量,其中绝对值最大的特征值所对应的特征向量 (nx,ny)就是该点所在的光条截面方向;

第三步、将感兴趣区域中各点灰度在光条截面方向(nx,ny)泰勒展开,得到泰勒展开式如下:将泰勒展开式对t求一阶导数并令其为0即得光条截面上的一阶导数过零点(xi+tinx,yi+tiny),其中将泰勒展开式对t求二阶导数得到点(xi,yi)在光条截面方向上的二阶导数如下:第四步、选取(tinx,tiny)在区间 内的点组成光条中心点的候选点集合N,在N中将各点的二阶导数z″除以各点灰度z得到修正后的二阶导数λ,其中z由二维高斯函数g(x,y)卷积原图像得到;取所有小于0的λ的中位值λmid作为上限,2λmid作为下限,λ在此范围内的点就是光条中心点。

5.根据权利要求1所述一种基于激光视觉的角焊缝自动跟踪方法,其特征是:所述步骤(4)中拟合分段光条中心线方程并确定两段直线的交点作为角焊缝特征点,包含如下步骤:第一步、将得到的光条中心点按x或y方向的坐标排序,构成点列P;

第二步、取点列P的中位点作为分界点c的初始位置,c将点列P分为两段分别拟合直线方程;拟合直线方程的方法为最小二乘法,定义准则函数为参与拟合的点与拟合直线距离的平方和,极小化准则函数得到拟合直线的参数,如下式:为了使直线方程的参数尽可能精确,每次拟合出直线方程之后要去除距离该直线较远的拟合点后再次拟合直线方程,直到所有参与拟合的点都在拟合直线一定距离范围内;

第三步、得到两条直线方程之后求其交点,在点列P中寻找与其距离最近的点作为新的分界点c,再次拟合两段直线方程,重复以上过程直到分界点c不再改变为止,如图3所示;

第四步、计算最终拟合得到的两段直线的交点,该点就是角焊缝特征点,提取该点图像坐标。