本发明涉及一种基于自适应区域分割的缺口圆弧零件尺寸视觉检测方法，其步骤为：⑴图像二值化；⑵缺口圆弧轮廓提取；⑶圆弧点区域自适应分割；⑷内外圆弧点分离；⑸内外圆拟合，计算Oin和Oout之间的距离即同心度，输出结果。而且，所述缺口圆弧零件图形是通过光源灯箱将被测的缺口圆弧零件的轮廓照亮，工业摄像机拍摄被照亮的缺口圆弧零件，保证零件完整地呈现在工业摄像机采集的图像中；图像数据通过数据线传输至计算机。本发明提供的基于自适应区域分割的缺口圆弧零件尺寸视觉检测方法针对具有小于半圆弧大小的缺口、不完整的内外圆弧零件的缺口或内外圆弧点进行提取，具体图像情况可实现自适应调节，输出相关参数，可满足实时、连续、准确的工业生产检测需求。
1.一种基于自适应区域分割的缺口圆弧零件尺寸视觉检测方法，其特征在于：其步骤为：
⑴图像二值化：采用OTSU算法得到最优的二值化阈值，对获取到的缺口圆弧零件图像进行二值化处理；
⑵缺口圆弧轮廓提取：采用Canny算法对二值化后的缺口圆弧零件图像提取轮廓点集，提取到的轮廓点像素坐标记为Pi(xi,yi)；
a.对轮廓点Pi(xi,yi)进行直线拟合，获得直线l1:ax+by+c＝0，该直线通过所有轮廓点的中点Pc(xc,yc)，该直线将缺口圆弧轮廓切分成两个不均匀的区域，如果为完整圆弧，则拟合出的直线将近似将圆弧平分为两个坐标区域，缺口的存在则造成拟合直线将偏离缺口所在位置一段距离；
b.根据公式di＝axi+byi+c计算每个轮廓点Pi(xi,yi)到直线l1的有正负符号的距离，并从小到大排序，在最小和最大距离的两个点中，绝对值距离最大的点Pm(xm,ym)为垫片缺口处的一个外圆弧轮廓点，直线l1分割的两个区域中，与Pm(xm,ym)到直线l1距离同正负的点所在区域记为坐标区域A，不同正负的点所在区域记为坐标区域B1，其中区域B1不包含缺口的内外圆弧轮廓点所在区域；
c.根据直线l1的方程系数，构建与l1垂直正交且过Pc(xc,yc)点的直线l2:-bx+ay+d＝0，其中d＝bxc-ayc，直线l2穿过缺口，将坐标区域A划分成两个区域，两个区域的轮廓点到l2的距离有正负之分，利用该特征，分别在划分的这两个区域内寻找到直线l2绝对值距离最近的两个点Pin1(xin1,yin1)、Pin2(xin2,yin2)和绝对值距离最远的两个点Pout1(xout1,yout1)、Pout2(xout2,yout2)，Pout1(xout1,yout1)、Pout2(xout2,yout2)近似为外圆弧直径上的两个点，计算Pout1(xout1,yout1)和Pout2(xout2,yout2)的中点Po(xo,yo)，该点作为近似圆心点，计算Pin1(xin1,yin1)和Pin2(xin2,yin2)到直线l1距离最近的点，记为Pin(xin,yin)；
d.构建平行于直线l1且过点Pin(xin,yin)的直线l3:ax+by+e＝0，其中e＝-axin-byin，A区域中在直线l1和直线l3之间的区域记为B2，在区域B2中的轮廓点为内外圆弧轮廓点；
⑷内外圆弧轮廓点分离：计算已确定处于区域B1和B2中的内外圆弧轮廓点到近似圆心点Po(xo,yo)的距离，并从小到大排序，内圆弧轮廓点到Po(xo,yo)的距离与外圆弧轮廓点到Po(xo,yo)的距离会有阶跃，设定合适的阈值，即可根据该距离阶跃特征将不完整圆的内外圆弧轮廓点区分开；
⑸内外圆拟合：分别对内外圆弧轮廓点进行圆拟合，获得内圆直径Din、内圆心Oin和外圆直径Dout、外圆心Oout，计算Oin和Oout之间的距离即同心度，输出结果。
2.根据权利要求1所述的基于自适应区域分割的缺口圆弧零件尺寸视觉检测方法，其特征在于：所述缺口圆弧零件图像是通过光源灯箱将被测的缺口圆弧零件的轮廓照亮，工业摄像机拍摄被照亮的缺口圆弧零件，保证零件完整地呈现在工业摄像机采集的图像中；
3.根据权利要求2所述的基于自适应区域分割的缺口圆弧零件尺寸视觉检测方法，其特征在于：所述被测的缺口圆弧零件位于光源灯箱上方，所述工业摄像机位于光源灯箱的正上方，工业摄像机的数据传出端口与计算机数据信息输入端口连接。
4.根据权利要求1所述的基于自适应区域分割的缺口圆弧零件尺寸视觉检测方法，其特征在于：所述坐标区域A包含缺口的内外圆弧轮廓点所在区域。
基于自适应区域分割的缺口圆弧零件尺寸视觉检测方法
技术领域
[0001] 本发明属于计算机领域，涉及图像处理，尤其是一种基于自适应区域分割的缺口圆弧零件尺寸视觉检测方法。
背景技术
[0002] 随着经济的发展，工业生产线对产品质量控制的要求越来越高，产品尺寸向小尺度发展，计量方式从抽检向在线全检过渡，对产品测量和检测的要求越来越高。在工业生产向柔性化、自动化发展的进程中，视觉检测技术凭借其具有非接触、实时、在线、精度高等特点，在工业检测中有许多应用，例如薄片零件边缘检测、工具磨损检测、圆弧形零件尺寸测量等。
[0003] 内外径和同心度是圆弧零件的重要参数，在工业生产中需要对其实时检测以保证产品质量。基于视觉检测技术的圆弧零件内外径和同心度测量，首先要保证通过图像处理提取到零件内外圆的准确可靠。目前，完整圆弧零件内外径和同心度检测的图像处理算法主要归为两类，一类是基于Hough变换算法及改进算法，另一类是圆度检测算法。Hough变换计算量大，圆度检测算法更适合简单背景图像中圆的检测。但对于有小于半圆弧大小的缺口、不完整的内外圆弧点提取，上述方法需根据具体图像情况调节相关参数，无法满足实时、连续、准确的工业生产检测需求。
[0004] 经检索，发现两篇关于零件尺寸视觉检测方法的专利文献，其中，公开号为CN102538672A的中国专利公开了一种基于CMOS机器视觉零件尺寸测量系统及测量检验方法，包括图像采集模块、图像处理模块和尺寸测量模块；所述图像采集模块完成对所拍摄零件轮廓边缘的图像采集；图像处理模块对采集的图像进行二值化、滤波处理后，再通过边缘检测，得到零件图像的边缘；尺寸测量模块通过特征提取、计算出所测对象边缘轮廓的像素值，通过标定，该像素值则能直接反映零件的尺寸。不但能实现外形轮廓尺寸测量，也能完成小通孔的孔径测量；配备专用辅具后能实现喇叭形槽底宽度的测量；
[0005] 公开号为CN103438803A的中国专利公开了计算机视觉技术跨视场精确测量矩形零件尺寸的方法，包括：将待测矩形零件放置于矩形基准块上，使得对称轴O与对称轴O’相互平行或者相互成一定的夹角α，且0°≤α<15°；确保零件不超出矩形基准块的边缘；利用矩形基准块中线段EE’、FF’、GG’、HH’、EF的长度，结合利用预先设置的计算机图像处理程序精确检测的线段EI、I’E’、FJ、J’F’、GK、K’G’、HP、P’H’长度，计算待测矩形零件的边缘线尺寸。本发明检测结果的精度高，且降低了检测系统的成本，可应用于精确测量矩形零件尺寸。
[0006] 经对比，上述专利文献的侧重点是对较为规则的零件尺寸进行精确测量，而对于具有一定弧度的圆弧零件的尺寸测量的适用度不强。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种根据缺口圆弧的特征完成内外径和同心度检测的基于自适应区域分割的缺口圆弧零件尺寸视觉检测方法。
[0008] 本发明采用的技术方案是：
[0009] 一种基于自适应区域分割的缺口圆弧零件尺寸视觉检测方法，其步骤为：
[0010] ⑴图像二值化：采用OTSU算法(大津法或最大类间方差法)得到最优的二值化阈值，对获取到的缺口圆弧零件图形进行二值化处理；
[0011] ⑵缺口圆弧轮廓提取：采用Canny算法对二值化后的缺口圆弧图像提取轮廓点集，提取到的轮廓点像素坐标记为Pi(xi,yi)；
[0012] ⑶圆弧点区域自适应分割：
[0013] a.对轮廓点Pi(xi,yi)进行直线拟合，获得直线l1:ax+by+c＝0，该直线通过所有轮廓点的中点Pc(xc,yc)，该直线将缺口圆弧轮廓切分成两个不均匀的区域，如果为完整圆弧，则拟合出的直线将近似将圆弧平分为两个坐标区域，缺口的存在则造成拟合直线将偏离缺口所在的一段；
[0014] b.根据公式di＝axi+byi+c计算每个轮廓点Pi到直线l1的有正负符号的距离，并从小到大排序，在最小和最大距离的两个点中，绝对值距离最大的点Pm(xm,ym)为垫片缺口处的一个外圆弧边缘点，直线l1分割的两个区域中，与Pm到直线l1距离同正负的点所在区域记为坐标区域A，不同正负的点所在区域记为坐标区域B1(不包含缺口的内外圆弧点所在区域)；
[0015] c.根据直线l1的方程系数，构建与l1垂直正交且过Pc点的直线l2:-bx+ay+d＝0，其中d＝bxc-ayc，直线l2穿过缺口，将坐标区域A划分成两个区域，两个区域的轮廓点到l2的距离有正负之分，利用该特征，分别在划分的这两个区域内寻找到直线l2绝对值距离最近的两个点Pin1(xin1,yin1)、Pin2(xin2,yin2)和绝对值距离最远的两个点Pout1(xout1,yout1)、Pout2(xout2,yout2)，Pout1(xout1,yout1)、Pout2(xout2,yout2)近似为外圆弧直径上的两个点，计算Pout1(xout1,yout1)和Pout2(xout2,yout2)的中点Po(xo,yo)，该点作为近似圆心点，计算Pin1(xin1,yin1)和Pin2(xin2,yin2)到直线l1距离最近的点，记为Pin(xin,yin)；
[0016] d.构建平行于直线l1且过点Pin的直线l3:ax+by+e＝0，其中e＝-axin-byin，A区域中在直线l1和直线l3之间的区域记为B2，在该区域中的轮廓点为内外圆弧点；
[0017] ⑷内外圆弧点分离：计算已确定处于区域B1和B2中的内外圆弧轮廓点到近似圆心点Po的距离，并从小到大排序，内圆弧轮廓点到Po的距离与外圆弧轮廓点到Po的距离会有阶跃，设定合适的阈值，即可根据该距离阶跃特征将不完整圆的内外圆弧轮廓点区分开；
[0018] ⑸内外圆拟合：分别对内外圆弧轮廓点进行圆拟合，获得内圆直径Din、内圆心Oin和外圆直径Dout、外圆心Oout，计算Oin和Oout之间的距离即同心度，输出结果。
[0019] 而且，所述缺口圆弧零件图形是通过光源灯箱将被测的缺口圆弧零件的轮廓照亮，工业摄像机拍摄被照亮的缺口圆弧零件，保证零件完整地呈现在工业摄像机采集的图像中；图像数据通过数据线传输至计算机。
[0020] 而且，所述被测的缺口圆弧零件位于光源灯箱上方，所述工业摄像机位于光源灯箱的正上方，工业摄像机的数据传出端口与计算机数据信息输入端口连接。
[0021] 而且，所述坐标区域A包含缺口的内外圆弧点所在区域。
[0022] 而且，所述B1不包含缺口的内外圆弧点所在区域。
[0023] 本发明优点和积极效果为：
[0024] 本发明提供的基于自适应区域分割的缺口圆弧零件尺寸视觉检测方法针对具有小于半圆弧大小的缺口、不完整的内外圆弧零件的缺口或内外圆弧点进行提取，具体图像情况可实现自适应调节，输出相关参数，可满足实时、连续、准确的工业生产检测需求。
附图说明
[0025] 图1是通过本发明对被测的缺口圆弧零件进行图像采集过程中的结构示意图；
[0026] 图2是被测的缺口圆弧零件的试样图；
[0027] 图2是本发明的流程图。
具体实施方式
[0028] 下面通过附图结合具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
[0029] 一种基于自适应区域分割的缺口圆弧零件尺寸视觉检测方法，该方法通过光源灯箱4将被测的缺口圆弧零件3的轮廓照亮；工业摄像机2拍摄被照亮的缺口圆弧零件，保证零件完整地呈现在工业摄像机采集的图像中；图像数据通过数据线传输至计算机1，计算机上运行自主开发的软件，利用本发明提供的图像处理算法，完成内外圆弧点的准确提取，并对提取到的内外圆弧点分别进行圆拟合，从而获得内外径和同心度的数值，被测的缺口圆弧零件位于光源灯箱上方，所述工业摄像机位于光源灯箱的正上方，工业摄像机的数据传出端口与计算机数据信息输入端口连接，通过计算机采用如下步骤进行算法：
[0030] ⑴图像二值化：采用OTSU算法(大津法或最大类间方差法)得到最优的二值化阈值，对获取到的缺口圆弧零件图形进行二值化处理；
[0031] ⑵缺口圆弧轮廓提取：采用Canny算法对二值化后的缺口圆弧图像提取轮廓点集，提取到的轮廓点像素坐标记为Pi(xi,yi)；
[0032] ⑶圆弧点区域自适应分割：
[0033] a.对轮廓点Pi(xi,yi)进行直线拟合，获得直线l1:ax+by+c＝0，该直线通过所有轮廓点的中点Pc(xc,yc)，该直线将缺口圆弧轮廓切分成两个不均匀的区域，如果为完整圆弧，则拟合出的直线将近似将圆弧平分为两个坐标区域，缺口的存在则造成拟合直线将偏离缺口所在的一段；
[0034] b.根据公式di＝axi+byi+c计算每个轮廓点Pi到直线l1的有正负符号的距离，并从小到大排序，在最小和最大距离的两个点中，绝对值距离最大的点Pm(xm,ym)为垫片缺口处的一个外圆弧边缘点，直线l1分割的两个区域中，与Pm到直线l1距离同正负的点所在区域记为坐标区域A(包含缺口的内外圆弧点所在区域)，不同正负的点所在区域记为坐标区域B1(不包含缺口的内外圆弧点所在区域)；
[0035] c.根据直线l1的方程系数，构建与l1垂直正交且过Pc点的直线l2:-bx+ay+d＝0，其中d＝bxc-ayc，直线l2穿过缺口，将坐标区域A划分成两个区域，两个区域的轮廓点到l2的距离有正负之分，利用该特征，分别在划分的这两个区域内寻找到直线l2绝对值距离最近的两个点Pin1(xin1,yin1)、Pin2(xin2,yin2)和绝对值距离最远的两个点Pout1(xout1,yout1)、Pout2(xout2,yout2)，Pout1(xout1,yout1)、Pout2(xout2,yout2)近似为外圆弧直径上的两个点，计算Pout1(xout1,yout1)和Pout2(xout2,yout2)的中点Po(xo,yo)，该点作为近似圆心点，计算Pin1(xin1,yin1)和Pin2(xin2,yin2)到直线l1距离最近的点，记为Pin(xin,yin)；
[0036] d.构建平行于直线l1且过点Pin的直线l3:ax+by+e＝0，其中e＝-axin-byin，A区域中在直线l1和直线l3之间的区域记为B2，在该区域中的轮廓点为内外圆弧点；
[0037] ⑷内外圆弧点分离：计算已确定处于区域B1和B2中的内外圆弧轮廓点到近似圆心点Po的距离，并从小到大排序，内圆弧轮廓点到Po的距离与外圆弧轮廓点到Po的距离会有阶跃，设定合适的阈值，即可根据该距离阶跃特征将不完整圆的内外圆弧轮廓点区分开；
[0038] ⑸内外圆拟合：分别对内外圆弧轮廓点进行圆拟合，获得内圆直径Din、内圆心Oin和外圆直径Dout、外圆心Oout，计算Oin和Oout之间的距离即同心度，输出结果。
[0039] 尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
