[发明专利]一种基于工件内外轮廓几何特征的快速位姿检测方法

权利要求书

1.一种基于工件内外轮廓几何特征的快速位姿检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)工件图像获取，通过相机获取工件图像；

(2)对步骤(1)获取的工件图像进行预处理操作，包括图像灰度化、图像阈值分割和图像滤波去噪；

(3)对步骤(2)预处理后的工件图像进行几何特征获取，包括轮廓的获取、筛选内外轮廓、计算外轮廓中心点和定位内轮廓最小面积外接矩形；

(4)根据步骤(3)获取的几何特征进行姿态识别，包括寻找内轮廓特征关系点、根据外轮廓中心点和内轮廓特征关系点求解图像坐标系下的工件姿态角；

(5)根据步骤(3)计算的外轮廓中心点和步骤(4)求解的工件姿态角来确定工件的位置和姿态。

2.根据权利要求1所述的一种工件内外轮廓几何特征的快速位姿检测方法，其特征在于，所述步骤(1)采用CMOS相机进行图像采集，其分辨率为1280*1024。

3.根据权利要求1所述的一种工件内外轮廓几何特征的快速位姿检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中的图像阈值分割是指根据设定的阈值，将灰度图像转化为二值图像。

4.根据权利要求3所述的一种工件内外轮廓几何特征的快速位姿检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述的图像滤波去噪是指采用两次开闭形态学操作去除二值图像上的孔洞。

5.根据权利要求1所述的一种工件内外轮廓几何特征的快速位姿检测方法，其特征在于，所述步骤(3)中几何特征获取包括以下步骤：

5a)轮廓的获取与筛选：获取以点集方式表示的轮廓序列集，选取轮廓的面积作为主要特征，通过设置合适的阈值，提取工件的外轮廓S₁、内轮廓S₂；

5b)计算外轮廓中心点：基于区域形心法来定位步骤5a)提取的外轮廓S₁的中心点Pc(Xc,Yc)，其中，中心点Pc(Xc,Yc)的计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_c=\frac{\underset{\left(i,j\right)\∈s_1}{\mathrm{\Σ}}iI\left(i,j\right)}{\underset{\left(i,j\right)\∈s_1}{\mathrm{\Σ}}I\left(i,j\right)}\\ Y_c=\frac{\underset{\left(i,j\right)\∈s_1}{\mathrm{\Σ}}jI\left(i,j\right)}{\underset{\left(i,j\right)\∈s_1}{\mathrm{\Σ}}I\left(i,j\right)}\end{array}\right.---\left(I\right)$

其中，(X_c,Y_c)为外轮廓S₁的中心点坐标，I(i,j)为二值图像在点(i,j)处的像素值；

5c)定位内轮廓S₂的最小面积外接矩形：采用旋转卡壳算法，先找出内轮廓S₂沿图像坐标系两个坐标轴方向的四个极值点，然后在极值点对应的坐标轴平行线所限定的矩形区域内，以任一条轮廓外切线为边构造外接矩形，并计算其面积,最后沿顺时针方向旋转切线，不断构造新的外接矩形，选定面积最小者作为内轮廓S₂的最小面积外接矩形。