CN109146865B - 一种视觉对位检测图源生成*** - Google Patents

一种视觉对位检测图源生成*** Download PDF

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Abstract

本发明的一种视觉对位检测图源生成***，所述***包括：特征形状选择模块；背景图像编辑模块；特征形状调整模块；图像生成模块；图源存储库，包括存储经所述图像生成模块生成的成对图像，以及存储所述成对图像相对应的经所述特征形状调整模块调整特征形状的图源数据。本发明的有益效果体现在，***的图源存储库，包括了大量的特征形状可能出现的任意的摆放位置以及可能存在畸变情况的成对图像；可利用图源存储库中的成对图像对特征识别算法做匹配精度检测，对算法的参数进行调整，找到算法存在的不足或缺陷并做相应改进，以达到改善特征识别算法匹配精度和提高算法在现场应用运行效率的目的。

Description

一种视觉对位检测图源生成***
技术领域
本发明涉及视觉对位的技术领域，特别涉及一种视觉对位检测图源生成***。
背景技术
对位是现代工业生产中，器件精密装配这个环节的一个专业名称，其典型应用如，以手机生产为典型代表的各种柔性或刚性器件的安装。其具体实现过程是，将位置1的物体A与位置2的物体B安装在一起，在此安装过程中，需要对物体A或物体B的水平或旋转方向有调整。实现对位功能好坏的一个关键环节在于，是否可以获得上述物体A和物体B的精确位置。为了实现位置的精确调整，工作中将会通过视觉对位***对物体进行拍摄，并指导实现整个对位过程。
为了验证视觉对位***的精确性，可采用实际机台采集图像验证或借助图像生成***生成的模拟图像验证。实际机台验证好处是符合实际情况，但不足之处也非常明显，需要在实际生产现场进行，联调时间长，配套硬件投入成本高，且由于操作限制，在验证机台发生故障等异常情况下对位软件效果往往比较困难。模拟图像验证则比较灵活，且可以验证异常情况下软件表现。实际工作时，一般会采用模拟图像进行验证，确保在这样的条件下对位软件表现正常，然后再将通过模拟图像验证之后的软件与实际机台进行联合工作。而在实际生产现场，不可避免的存在机台故障、周遭环境突变等异常情况，如机台用于视觉对位的光源坏掉或分布不均匀，很可能导致拍摄图像的色块分布发生变化，导致上述情况下拍摄图像与正常工作状态下所捕捉的图像存在色块异样或阴影。此外，视觉对位***辅助提供机台进行精确的定位和匹配，而机台给予摄像头的安装环境有限，不能保证摄像头具有较好的安装角度恰好对准拍摄对象，倾斜的角度就会导致拍摄的图像存在畸变。同时由于机台安装空间有限，机台上无法提供足够多的摄像头的安装空间，如摄像头安装于机台空间以外的空间通过反射或多层级光路***间接拍摄物体时，同样会导致拍摄的图像存在畸变。由于采用实际机台采集图像验证联调时间长，成本高，采集的拍摄照片数量有限，不能检测视觉对位软件在上述机台故障或突发异常情况下的对位效果，因此，提供一种可以生成尽可能出现的复杂场景的图源生成***，并利用这些大量生成的图像，对对位软件采用的特征识别算法做检测，是需要解决的重要技术问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种视觉对位检测图源生成***。
本发明的技术方案是，提供一种视觉对位检测图源生成***，所述***包括：
特征形状选择模块，可用以从存储有多种特征形状的特征形状元素库中选取对位待使用的特征形状；
背景图像编辑模块，可用以从存储有多种类型背景图像的背景图像库中选择背景图像；
特征形状调整模块，包括可用以特征形状在背景图像中平移的位移参数调整子模块，和可用以特征形状在背景图像中旋转的旋转参数调整子模块；
图像生成模块，可用以特征形状放于背景图像中处理后分别生成特征形状经所述特征形状调整模块处理前和处理后的图像；
图源存储库，包括存储经所述图像生成模块生成的成对图像，以及存储所述成对图像相对应的经所述特征形状调整模块调整特征形状的图源数据。
优选方案，所述背景图像库包括用以存储从实际生产过程中视觉对位***实际拍摄图片中提取出的背景图像的实际背景图像库；所述背景图像库包括生成背景图像库，所述图像编辑模块包括色彩处理工具，可用以根据指定颜色分布请求编辑后生成背景图像并存储于生成背景图像库中。
优选方案，所述背景图像库包括混合背景图像库，所述背景图像编辑模块包括权重编辑工具，可用以根据指定的实际背景图像和生成背景图像的权重请求值编辑后生成混合背景图像并存储于混合背景图像库。
优选方案，所述特征形状调整模块还包括畸变参数调整子模块，可用以根据选择的背景图像和所用棋盘格对背景图像不同位置设置不同的畸变系数。
优选方案，所述图像生成模块包括轮廓处理工具，可用以选择的对位待使用的特征形状放于选择的背景图像中时轮廓宽度和边缘确定；所述图像生成模块包括背景填补工具，可用以提取背景图像库中存储的背景图像来填补。
优选方案，所述图源数据为特征形状经所述特征形状调整模块调整时的参数调整数据，包括位移参数数据和旋转参数数据。
优选方案，所述位移参数调整子模块包括用以特征形状在水平方向平移的水平调整工具和/或用以特征形状在竖直方向平移的竖直调整工具。
优选方案，所述位移参数数据包括特征形状在水平方向的位移和/或竖直方向的位移。
优选方案，所述图源数据为特征形状经所述特征形状调整模块调整时的参数调整数据，包括位移参数数据、旋转参数数据和畸变参数数据。
优选方案，所述特征形状包括多边形、角或线条中的一种或多种。
本发明的有益效果体现在，提供一种视觉对位检测图源生成***，所述***的图源存储库，包括了大量的特征形状可能出现的任意的摆放位置以及可能存在畸变情况的成对图像，并且包含了成对图像相对应的经所述特征形状调整模块调整特征形状的图源数据；可利用图源存储库中的成对图像对特征识别算法做匹配精度检测，对算法的参数进行调整，找到算法存在的不足或缺陷并做相应改进，以达到改善特征识别算法匹配精度和提高算法在现场应用运行效率的目的。若特征识别算法匹配精度经过图源存储库检测并做相应的参数调整改进后，则当特征识别算法应用于视觉对位***时，对位中实际遇到与图源存储库中相同的特征形状的摆放位置或存在的畸变情况时，也可实现精确对位，使特征识别算法的适应性更强。
附图说明：
图1为本发明实施例所述视觉对位检测图源生成***组成结构框图；
图2为本发明实施例所述特征形状调整模块组成结构框图；
图3为本发明实施例所述背景图像库组成结构框图；
图4为本发明实施例所述特征形状的其中一种形状示意图；
图5为本发明实施例所述特征形状的另一形状示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5所示，本发明提供的具体实施例如下：
本实施例的一种视觉对位检测图源生成***，所述***包括：
特征形状选择模块，可用以从存储有多种特征形状的特征形状元素库中选取对位待使用的特征形状；
背景图像编辑模块，可用以从存储有多种类型背景图像的背景图像库中选择背景图像；
特征形状调整模块，包括可用以特征形状在背景图像中平移的位移参数调整子模块，和可用以特征形状在背景图像中旋转的旋转参数调整子模块；
图像生成模块，可用以特征形状放于背景图像中处理后分别生成特征形状经所述特征形状调整模块处理前和处理后的图像；
图源存储库，包括存储经所述图像生成模块生成的成对图像，以及存储所述成对图像相对应的经所述特征形状调整模块调整特征形状的图源数据。
由于在研制视觉对位软件的时候，若全部依靠与硬件机台联调，成本高且效率低，因此往往通过模拟生成的图像对各种特征识别算法及参数进行筛选和优化，再将优化后的算法及参数应用于视觉对位***中。若要实现特征识别算法在光线变化、颜色变化、复杂背景线条中仍然准确识别需要对位匹配的特征形状，需要特征识别算法针对尽可能出现的背景图像仍然实现精确对位，改善特征识别算法的匹配精度，进而改善视觉对位软件的对位效果。因此本实施例中，提供一种视觉对位检测图源生成***，采用选取不同特征形状在背景图像中的所有位置生成相应的图像，具体可表现为待对位工件来料时对位的特征形状可能出现的任意的摆放位置。通过图源生成***所生成的大量的成对图像来检测特征识别算法是否能实现精确对位，当未达到实际应用中的对位效果时，可对算法的参数进行调整，达到改善特征识别算法匹配精度，提高算法在现场应用运行效率的目的。利用图源生成***生成成对图像的具体过程如下：如以同一基点为坐标系，首先选择对位的特征形状，从存储有多种特征形状的特征形状元素库中选取对位待使用的特征形状；再从存储有多种类型背景图像的背景图像库中选择背景图像，所述背景图像为去掉所述特征形状的背景图像；通过特征形状调整模块对特征形状进行在背景图像中做平移处理和旋转处理，具体为利用位移参数调整子模块和旋转参数调整子模块设置特征形状在背景图像中的位置即构成所述特征形状在背景图像中调整前的图像一的位置(x1，y1，T1)，其中x，y，T分别代表特征形状在水平方向、竖直方向的位置以及空间角度，具体表现为待对位的工件在对位平台的空间位置；设置特征形状在背景图像中调整后即构成图像二中的特征形状的位置(x1+dx，y1+dy，T1+dT)，即图像二中特征形状相对于图像一的水平方向位移dx、竖直方向位移dy和旋转角度dT，实现特征形状可能出现的摆放位置；通过图像生成模块将特征形状放于背景图像中处理后分别生成特征形状经所述特征形状调整模块处理前和处理后的图像(包括图像一和图像二)；最后存储经所述图像生成模块生成的成对图像于图源存储库中，同时存储所述成对图像相对应的经所述特征形状调整模块调整特征形状的图源数据。可继续通过特征形状调整模块更换特征形状在所述背景图像中的位置，重新生成新的成对图像直至所述特征形状在所述背景图像中的所有位置更换完毕；还可继续通过特征形状选择模块选择新的对位特征形状，直至特征形状元素库中的特征形状选择完毕，得到不同特征形状在所述背景图像中所有位置生成的相应的成对图像。如此，图源存储库便包括了大量的特征形状可能出现的任意的摆放位置的成对图像。若利用图源存储库中的成对图像对特征识别算法做匹配精度检测，其匹配计算结果与所述成对图像的图源数据相比(如比较通过特征识别算法计算得到的水平方向的位移与图源数据中的水平方向的位移)，不能满足其实际使用的匹配精度时，可对算法的参数进行调整，找到算法存在的不足或缺陷并做相应改进，达到改善特征识别算法匹配精度，提高算法在现场应用运行效率的目的。若特征识别算法匹配精度经过图源存储库检测并改进后，则当特征识别算法应用于视觉对位***时，对位中实际遇到与图源存储库中相同的特征形状的摆放位置时，便可实现精确对位，即可使特征识别算法的适应性更强。
优选实施例方案，所述背景图像库包括用以存储从实际生产过程中视觉对位***实际拍摄图片中提取出的背景图像的实际背景图像库；所述背景图像库包括生成背景图像库，所述图像编辑模块包括色彩处理工具，可用以根据指定颜色分布请求编辑后生成背景图像并存储于生成背景图像库中。本实施例中为了解决当视觉对位***拍摄图像的环境变化影响拍摄图像的问题，如机台用于视觉对位的光源坏掉或分布不均匀，很可能导致拍摄图像的色块分布发生变化而影响对位效果，采用的背景图像可直接从实际背景图像库中选取实际生产过程中视觉对位***实际拍摄图片中提取出的背景图像；也可以通过色彩处理工具设定指定颜色分布编辑后生成的背景图像(如具有阴影或色块分布不匀的背景图像)，使应用于视觉对位***的特征识别算法在遇到上述场景时，仍然实现精准对位。
优选实施例方案，所述背景图像库包括混合背景图像库，所述背景图像编辑模块包括权重编辑工具，可用以根据指定的实际背景图像和生成背景图像的权重请求值编辑后生成混合背景图像并存储于混合背景图像库。
优选实施例方案，所述特征形状调整模块还包括畸变参数调整子模块，可用以根据选择的背景图像和所用棋盘格对背景图像不同位置设置不同的畸变系数。在实际机台对位作业中，机台给予摄像头的安装环境有限，不能保证摄像头具有较好的安装角度恰好对准拍摄对象，倾斜的角度通常会导致拍摄的图像存在畸变。同时由于机台安装空间有限，机台上无法提供足够多的摄像头的安装空间，如采用摄像头安装于机台空间以外的空间通过反射或多层级光路***间接拍摄待对位工件时，同样会导致拍摄的图像存在畸变。再如待对位工件为柔性件时，会发生周围边缘卷曲的情况，此时摄像头拍摄得到的图像同样存在一定的畸变现象。而存在畸变的图像也将影响工件的精准对位，由此对位特征形状的畸变处理便显得十分重要。因此，为了解决上述问题，本实施例提供的特征形状调整模块还包括畸变参数调整子模块，可用以根据选择的背景图像和所用棋盘格对背景图像不同位置设置不同的畸变系数(图像在实际物理空间的实际物理点与图像像素点之间的比例系数)；具体为利用畸变参数调整子模块设置特征形状在背景图像中的位置的畸变，对特征形状做畸变处理使特征形状位置存在畸变，即调用所述位置的畸变系数子矩阵对特征形状做畸变处理。若特征识别算法匹配精度经过图源存储库检测并做相应的参数调整改进后，则当特征识别算法应用于视觉对位***时，对位中实际遇到与图源存储库中相同的特征形状存在的畸变情况时，便可实现精确对位，即可使特征识别算法的适应性更强。
优选实施例方案，所述图像生成模块包括轮廓处理工具，可用以选择的对位待使用的特征形状放于选择的背景图像中时轮廓宽度和边缘确定；所述图像生成模块包括背景填补工具，可用以提取背景图像库中存储的背景图像来填补。将特征形状放在背景图像中时，需要对轮廓处理，通过图像生成模块的轮廓处理工具实现轮廓宽度和边缘的确定，边缘与周围背景变化关系等。轮廓处理完毕后，可通过背景填补工具对背景图像进行填补，具体可利用实际的背景图像或生成的背景图像来填补。
优选实施例方案，所述图源数据为特征形状经所述特征形状调整模块调整时的参数调整数据，包括位移参数数据和旋转参数数据。即位移参数数据包括特征形状在背景图像中平移的位移，旋转参数数据包括特征形状在背景图像中旋转的角度。图源数据可作为利用图源存储库检测特征识别算法匹配精度的参考标准。若利用图源存储库中的成对图像对特征识别算法做匹配精度检测，其匹配计算结果与所述成对图像的图源数据相比(如比较通过特征识别算法计算得到的水平方向的位移与图源数据中的水平方向的位移)，不能满足其实际使用的匹配精度时，可对算法的参数进行调整，找到算法存在的不足或缺陷并做相应改进，达到改善特征识别算法匹配精度的目的。
优选实施例方案，所述位移参数调整子模块包括用以特征形状在水平方向平移的水平调整工具和/或用以特征形状在竖直方向平移的竖直调整工具；利于生成更多的特征形状可能出现的摆放位置的图像。
优选实施例方案，所述位移参数数据包括特征形状在水平方向的位移和/或竖直方向的位移。
优选实施例方案，所述图源数据为特征形状经所述特征形状调整模块调整时的参数调整数据，包括位移参数数据、旋转参数数据和畸变参数数据。即位移参数数据包括特征形状在背景图像中平移的位移，旋转参数数据包括特征形状在背景图像中旋转的角度，畸变参数数据包括特征形状在背景图像中位置的畸变系数子矩阵。
优选实施例方案，所述特征形状包括多边形、角或线条中的一种或多种。具体的，所述特征形状可以为圆形、方形、十字形等形状，可以为线段、折线等，也可以为直角、弧形角等，在确定对位时的特征形状时可根据实际对位情况进行选择。
在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“中心”、“顶”、“底”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了使于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。其中，“里侧”是指内部或围起来的区域或空间。“***”是指某特定部件或特定区域的周围的区域。
在本发明的实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用以描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“组装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的实施例的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，“-”和“～”表示的是两个数值之同的范围，并且该范围包括端点。例如:“A-B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。“A～B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。
在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种视觉对位检测图源生成***，其特征在于，所述***包括：
特征形状选择模块，可用以从存储有多种特征形状的特征形状元素库中选取对位待使用的特征形状；
背景图像编辑模块，可用以从存储有多种类型背景图像的背景图像库中选择背景图像；
特征形状调整模块，包括可用以特征形状在背景图像中平移的位移参数调整子模块，和可用以特征形状在背景图像中旋转的旋转参数调整子模块；
图像生成模块，可用以特征形状放于背景图像中处理后分别生成特征形状经所述特征形状调整模块处理前和处理后的图像；
图源存储库，包括存储经所述图像生成模块生成的成对图像，以及存储所述成对图像相对应的经所述特征形状调整模块调整特征形状的图源数据；
所述背景图像库包括用以存储从实际生产过程中视觉对位***实际拍摄图片中提取出的背景图像的实际背景图像库；所述背景图像库包括生成背景图像库，所述背景图像编辑模块包括色彩处理工具，可用以根据指定颜色分布请求编辑后生成背景图像并存储于生成背景图像库中。
2.根据权利要求1所述的一种视觉对位检测图源生成***，其特征在于，所述背景图像库包括混合背景图像库，所述背景图像编辑模块包括权重编辑工具，可用以根据指定的实际背景图像和生成背景图像的权重请求值编辑后生成混合背景图像并存储于混合背景图像库。
3.根据权利要求1所述的一种视觉对位检测图源生成***，其特征在于，所述特征形状调整模块还包括畸变参数调整子模块，可用以根据选择的背景图像和所用棋盘格对背景图像不同位置设置不同的畸变系数。
4.根据权利要求1所述的一种视觉对位检测图源生成***，其特征在于，所述图像生成模块包括轮廓处理工具，可用以选择的对位待使用的特征形状放于选择的背景图像中时轮廓宽度和边缘确定；所述图像生成模块包括背景填补工具，可用以提取背景图像库中存储的背景图像来填补。
5.根据权利要求1所述的一种视觉对位检测图源生成***，其特征在于，所述图源数据为特征形状经所述特征形状调整模块调整时的参数调整数据，包括位移参数数据和旋转参数数据。
6.根据权利要求5所述的一种视觉对位检测图源生成***，其特征在于，所述位移参数调整子模块包括用以特征形状在水平方向平移的水平调整工具和/或用以特征形状在竖直方向平移的竖直调整工具。
7.根据权利要求6所述的一种视觉对位检测图源生成***，其特征在于，所述位移参数数据包括特征形状在水平方向的位移和/或竖直方向的位移。
8.根据权利要求3或6所述的一种视觉对位检测图源生成***，其特征在于，所述图源数据为特征形状经所述特征形状调整模块调整时的参数调整数据，包括位移参数数据、旋转参数数据和畸变参数数据。
9.根据权利要求1所述的一种视觉对位检测图源生成***，其特征在于，所述特征形状包括多边形、角或线条中的一种或多种。
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