[发明专利]基于图像处理的开卷机自动上卷控制系统及检测方法

权利要求书

1.一种利用基于图像处理的开卷机自动上卷控制系统进行目标检测的方法，其特征在于：所述基于图像处理的开卷机自动上卷控制系统包括图像采集模块，图像采集模块通过以太网分别连接图像处理模块和控制器模块；

具体包括如下步骤：

步骤1，通过图像采集模块获取钢卷运动过程中的实时图像，并将采集到的图像通过以太网发送给图像处理模块，图像处理模块周期性的接收图像信息；

步骤2，对步骤1采集到的图像进行预处理；

所述步骤2的具体过程如下：

步骤2.1，图像灰度化；

将工业相机直接获取的三通道彩色图像转化为单通道的灰度图像；

步骤2.2，对经步骤2.1处理后的图像进行直方图均衡化处理；

步骤2.3，对经步骤2.2处理后的图像进行高斯滤波，过滤存在于图像中的椒盐噪声；

步骤2.4，对经步骤2.3处理后的图像进行Canny边缘检测，将图像的灰度信息转化为轮廓信息，该轮廓信息中包含着真实目标的轮廓以及干扰物体的轮廓；

步骤3，在经步骤2处理后的图像中进行目标搜索；

所述步骤3的具体过程如下：

以钢卷卷心圆为目标，实际成像实际为椭圆；利用霍夫变换方法进行椭圆搜索，并判断搜索出的目标图尺寸是否符合钢卷的实际大小和位置，若搜索到的目标符合实际要求，则进入步骤4，若搜索的结果不符合实际要求，则循环执行1～3，直至有真实目标出现，目标搜索的结果为系统得到一个最新时刻的椭圆位置坐标与椭圆参数信息；

所述步骤3中搜索目标符合要求的判断标准为：

建立平面直角坐标系，椭圆的筛选准则如下公式(1)、(2)所示，单位为图像中的单个像素点，Centerx为椭圆的中心横坐标，Centery为椭圆的中心纵坐标，Ewidth为椭圆的短轴，Eheight为椭圆的长轴，Eangle为椭圆的偏转角，偏转角为椭圆长轴与水平方向所成夹角；

步骤4，对步骤3所得的目标图像进行滤波；

步骤5，对经步骤4滤波后的图像进行椭圆拟合；

步骤6，对步骤5拟合后的椭圆进行目标锁定。

2.根据权利要求1所述的一种利用基于图像处理的开卷机自动上卷控制系统进行目标检测的方法，其特征在于：所述步骤4的具体过程如下：

步骤4.1，采用限定域法对步骤3搜索到的目标图像进行处理；

具体为，根据步骤3得出的椭圆位置及参数信息，设定与该椭圆形状相同但大小不同的内限定域和外限定域，保留内限定域以外，外限定域内的轮廓信息，删除其外的所有轮廓，保留下来的区域称为保留域；

步骤4.2，采用轮廓分离法对步骤4.1得到的保留域进行轮廓分离；

具体为，在步骤4.1的保留域内，对于一条图像轮廓上相邻的点，相邻两个点之间的轮廓切线斜率突变或变化大于阈值的点称为拐点，以拐点将轮廓进行分离；拐点的检测要求如下公式(3)所示：其中T为阈值，当点p(n)满足公式(3)时，则令该点为拐点；

其中，p(n)表示一条图像轮廓线上的点，n的取值为大于2的整数；K_p(n)表示一条图像轮廓线上p(n)点的切线斜率；

步骤4.3，采用象限法对步骤4.2分离后的轮廓图像进行过滤；

具体为：采用弦中法对每条轮廓的凹凸性进行判断，然后以步骤3椭圆搜索得到的椭圆中心为坐标原点，建立平面直角坐标系，象限保留规则遵循第一二象限保留凸型弧，第三四象限保留凹形弧，每条弧线所在的象限认为与该条弧线弦中点所在的象限相同，最终平面直角坐标系中四个象限保留下来的弧线即为最终过滤后得到的轮廓图像。

3.根据权利要求2所述的一种利用基于图像处理的开卷机自动上卷控制系统进行目标检测的方法，其特征在于：所述步骤5的具体过程为：

对步骤4中提取出的最终轮廓进行椭圆拟合，得到目标椭圆，该椭圆位置与钢卷卷心位置相对应，则以该椭圆位置表示钢卷的实时运动位置。

4.根据权利要求3所述的一种利用基于图像处理的开卷机自动上卷控制系统进行目标检测的方法，其特征在于：所述步骤6的具体过程为：

根据步骤5拟合出的椭圆参数动态地刷新ROI的位置和大小，完成目标锁定和跟踪，其中，s2(x2,y2)为步骤5拟合得到的椭圆中心，Ew和Eh分别为椭圆的短轴和长轴，θ为椭圆的偏转角，s1(x1,y1)为ROI的原点，ROIh和ROIw分别为ROI的长轴和短轴，L表示ROI窗口边缘与目标位置的余量，L∈(20,40)，动态ROI的设定规则如式(4)所示：