[发明专利]一种基于线结构光的汽车轮胎三维定位方法

说明书

本发明面向工业机器人搬运轮胎应用中的目标定位问题，提出了一种基于线结构光的汽车轮胎三维定位方法：设计了一种十字形图案结构光；利用CCD相机采集有结构光的轮胎图像和无结构光的轮胎图像，进而得到只有结构光的图像；对结构光图像进行滤波，抑制图像中的噪声；对滤波后的图像进行边缘检测，提取结构光边缘；对边缘图像进行多次膨胀、腐蚀操作，平滑轮廓；在膨胀、腐蚀后的图像中提取水平、垂直结构光曲线段；确定胎冠上的结构光曲线段，进而得到胎冠内圆4个点的图像坐标；将4个点的图像坐标转换为三维空间坐标，并利用几何关系计算轮胎中心的三维坐标。本发明可以实现轮胎三维坐标的在线、实时、自动、非接触测量，测量速度快、系统柔性好、精度适中。

技术领域

本发明属于计算机视觉领域，具体的说涉及一种基于线结构光的汽车轮胎三维定位方法。

背景技术

随着我国经济建设的快速发展，汽车制造业也上了一个新的台阶，各种高、中、低档汽车的产量不断增加，利用机器人代替人工实现轮胎的自动搬运，不仅节约生产成本，提高生产效率，同时提高安全系数，降低工人劳动强度，成为越来越多公司的理想选择。

为了实现机器人自动搬运轮胎，需要测量轮胎的位置，然后传递给机器人，引导机械手进行抓取。而结构光测量方法因设备简单、实时性强而受到高度重视，尤其在对测量设备的体积、重量、功耗要求严格的应用场合，结构光测量更体现了其优势。

结构光测量方法是一种主动式光学测量技术，其基本原理是通过结构光投射器向被测物体表面投射可控制光点、光条或光面结构，并由图像传感器(例如摄像机)获得图像，然后通过系统几何关系，利用三角原理计算得到物体的三维坐标。根据结构光投射器向被测物体表面投射可控制的光点、光条或光面结构，结构光可分为点结构光、线结构光和面结构光。由于点结构光测量方法需要逐点扫描物体进行测量，随着被测物体的增大，图像摄取和图像处理时间会急剧增加，难以实现实时测量；而面结构光得到三维坐标点数据量很大，计算量也会随之增加，因此，线结构光在工程上的应用更为普遍。

由于生产环境恶劣，受噪声污染严重，且轮胎型号各不相同，一般的测量方法的精度很难达到实际要求。

发明内容

为解决生产环境内噪声污染严重，轮胎型号不尽相同等情况对测量精度的影响，本发明提供一种测量速度快，精度高，鲁棒性强，实时、自动地实现汽车轮胎三维定位方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于线结构光的汽车轮胎三维定位方法，用于实现轮胎位置的测量，包括以下步骤：

利用CCD相机采集有结构光的轮胎图像和无结构光的轮胎图像，进而得到只有结构光的图像；

对结构光图像进行滤波，抑制图像中的噪声；

对滤波后的图像进行边缘检测，提取结构光边缘；

对边缘图像进行多次膨胀、腐蚀操作，得到平滑轮廓的图像；

在膨胀、腐蚀后的图像中提取水平、垂直结构光曲线段；

确定胎冠上的结构光曲线段，进而得到胎冠内圆4个点的图像坐标；

将4个点的图像坐标转换为三维空间坐标，并利用几何关系计算轮胎中心的三维坐标。

所述结构光是两条相互垂直的线结构光。

所述对结构光图像进行滤波，抑制图像中的噪声，采用高斯滤波方法，具体为：将图像中的每一像素点与高斯内核卷积，将卷积和作为该点的灰度值；对于离散的(2k+1)×(2k+1)维高斯内核矩阵H，其元素计算公式为：

其中，i、j为图像的坐标位置，σ为方差，k为预设常数。