基于几何基元的实时匹配与定位技术的研究与开发

作     者：周晴 

作者单位：江南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：白瑞林

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：机器视觉 几何基元 目标定位 几何哈希法 

摘      要：目标定位技术是机器视觉不可或缺的组成部分。目标定位是工件尺寸测量、物体的识别与缺陷检测以及字符识别等应用的重要前提，其应用层面越来越广泛，已包括工农业、食品包装、医药、自动生产流水线生产等多个领域。目标定位技术在工业化大生产的应用中仍然面临着定位不精确、实时性不足等诸多不完善点，因此，它是现今研究的重点和难点问题之一。本文研究和分析国内外多种目标定位与匹配方法，并根据工业生产的实际需要，针对工业流水线上的工件，以基于几何基元的定位与匹配技术作为研究方向。 对于智能相机采集的图像，研究几何基元特征的提取方法，采用一种高效的轮廓跟踪准则，跟踪工件的轮廓，并基于多边形近似方法与最小二乘拟合算法将轮廓中的几何基元分割为直线基元与圆弧基元，并得到基元的几何参数。 针对具有圆弧的工件，提出了一种基于圆弧基元的工件实时定位与匹配方法。该方法离线过程制作模板，提取图像的几何基元特征作为模板信息;在线过程通过最长圆弧基元作为优先定位的基元，实现工件粗定位，再计算基元之间的相对距离完成剩余基元的匹配，完成最终的定位。 为解决工业流水线上的工件定位问题，提出一种基于直线基元的几何哈希法实时定位与匹配方法。该方法提取直线基元特征，离线过程，坐标表示直线基元，通过直线基元间的相互关系建立几何哈希表;在线过程，根据实测图像中直线基元的信息查询哈希表，完成最终的定位。 针对提出的基于几何基元的实时定位与匹配算法的准确性和实时性测试，根据工业生产的实际需要，采集各种类型和工作环境下的测试图像进行实验验证，由实验结果可知，提取的几何基元特征基本满足生产要求，两种定位算法在运行时间都在毫秒级，且识别率都达到了95%以上，因此基于几何基元的实时定位与匹配方法能满足工业现场实时性、精确性要求。