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1、第27卷第3期长春工业大学学报(自然科学版)Vol27,No.32006年9月JournalofChangchunUniversityofTechonology(NaturalScienceEdition)Sep2006文章编号:10062939(2006)03021405y计算机视觉技术在偏口桶自动灌装中应用岳晓峰,王平凯,焦圣喜(长春工业大学机电工程学院,吉林长春130012)摘要:开发的三坐标工作台系统是基于虚拟仪器及计算机视觉技术,以LabVIEW为平台,由图像采集卡采集图像,经图像标定、中值滤波、
2、快速图像匹配等处理算法获得偏心加注口的圆心坐标位置信息,以此控制驱动三坐标工作台步进电机的运动,实现加注枪相对于偏心桶口的自动定位。实验证明,该系统运行可靠,算法高效、稳定,有较高的实用价值。关键词:计算机视觉;中值滤波;模板匹配;加注口中图分类号:TP391.41文献标识码:A系统由工业摄像机、单色图像采集卡、高亮度0引言低角度LED阵列环形光源、工控机、驱动器、三坐自动灌装机械在现代工业自动化生产中占有标工作台、LabVIEW和IMAQVision开发平台很重要的地位,广泛应用于石油、化工、医疗、饮料构成。等生产领域中。然而,当容器的加注口为偏心口系统软件设
3、计流程如图2所示。时,全自动灌装技术的应用受到了严重的制约,目前多数企业的灌装机械对此多采用半自动方式,即人工定位桶口加注。这对于渗透能力较强的剧毒液体如氰化钠、氢氟酸等的灌装,则成为极为危险的操作工序。文中在深入调查国内外现状的基础上,开发了基于计算机视觉及虚拟仪器技术的剧毒液体自动灌装机桶口自定位系统。实验证明,该系统运行可靠,算法高效、稳定,具有很好的[1]实用性。1系统工作原理概述系统硬件结构如图1所示。图2系统软件流程图工业摄像机CCD实时摄取检测台上被检测桶的图像,传送到图像采集卡。经过数字解码图1偏心油桶灌装系统硬件原理图A/D转换等处理,通过PCI总线传
4、送至计算机y收稿日期:20060321基金项目:吉林省科技厅基金资助项目(20040516)作者简介:岳晓峰(1971-),男,吉林通化人,长春工业大学副教授,工学博士,主要从事机器视觉及智能检测研究.第3期岳晓峰,等:计算机视觉技术在偏口桶自动灌装中应用215内存进行存储。图像处理程序对保留图像的内存坐标非常重要。由于透镜径向或切向畸变、摄像缓冲区进行访问,经计算,得到桶盖表面图像中机安装角度的偏差及环境的变化等因素对摄像机圆形加注口的位置信息,即加注口半径、加注口参数方面的影响,导致图像产生变形失真,因此,圆心坐标和油枪高度。然后,将相应位置信息传必须进
5、行摄像机校准及参数标定。送至步进电机控制系统,由电机控制系统根据由文中以标准栅格点阵作校准模板,采用非线计算机发出的脉冲指令,驱动XYZ轴步进电性校准方式来标定目标图像,通过获取正确的桶机,带动油枪运行至加注口上方,实现自动定位加口图像像素坐标与实际坐标的比率,准确地得到注。系统采用了CCS高亮度低角度LED阵列环了实际桶口的位置。基本步骤如下:形光源照明,可获得高对比度图像,便于图像分(1)在栅格图像中建立一个直角坐标系并选割处理。取左上角顶点为标准原点,如图4所示。2偏心桶口图像处理灌装桶表面原始图像如图3所示。图4标准栅格坐标系(2)指定栅格在x向、y向的实际距
6、离,即令图3灌装桶表面原始图像相邻栅格点间中心距相等(dx=dy=10mm),圆由图3可以看出,在摄像头采集到的未标定半径r=2mm,应用图像采集系统获取一幅栅格原始图像中,箭头所指处为偏心加注口。因其像图像,如图5(a)所示。素灰度值低,而桶口表面杂质干扰的灰度值较高,(3)选择非线性校准算法运算,并设置刻度模为增强图像对比度,文中采用了黑色背景。式,认知分数不低于600,保存校准信息,对获取[2]2.1图像采集系统校准标定的图像与校准信息相联系实现像素转换。标定文中通过摄像机获取目标图像像素信息来计校准后的栅格图像如图5(b)所示。利用标定校算桶口实际位置尺寸,因
7、而,准确求取桶口的像素准信息对原始图像处理的结果如图5(c)所示。图5标定前后对比图像本系统中透镜焦距为固定值8mm,物距2.2图像预处理65cm,所采用CCD靶面尺寸为4.8mm图像信号在获取、传输过程中,由于环境影3.6mm,图像分辨率为768576。经计算求得响、传感器件等电气信号干扰影响、传输信道等不摄像系统的空间分辨率为0.5mm/pixel。即图完善所形成的噪声,使图像退化。对于数字图像像上相邻像素之间的距离代表了实际拍摄物体上
