单针扫描式螺纹测量仪探针X轴旋转偏差的视觉检测方法

摘要

本发明提供了一种单针扫描式螺纹测量仪探针X轴旋转偏差的视觉检测方法，涉及图像处理技术领域。包括以下过程：步骤1、初始化标定：步骤2、实时检测探针尖点：步骤3、计算旋转偏差角度。本发明能够通过图像处理手段测量、调节探针的X轴旋转定位偏差大小，实现自动化测量，在保证安装精度的前提下，提高效率。

主权项

一种对单针扫描式螺纹测量仪测量探针的X轴旋转偏差的视觉检测方法，其特征在于，包括以下过程：步骤1、初始化标定：步骤1‑1、采集第1帧包括探针运动区域的RGB图像，根据以下公式将RGB图像转化为灰度图像；Gray＝(R*19595+G*38469+B*7472)>>16其中，R、G、B分别表示RGB图像中的对应的红、绿、蓝三个颜色分量，Gray表示灰度值；步骤1‑2、利用SUSAN角点检测算法，对灰度图像进行角点检测，得到包括上、下探针尖点在内的所有角点信息；步骤1‑3、人工操作，选中上、下探针尖点对应的两个角点；步骤2、实时检测探针尖点：步骤2‑1、采集第i+1帧包括探针运动区域的RGB图像，将其转化为灰度图像，其中i≥1；步骤2‑2、当i＝1时,以前一帧图像中探针尖点的位置为预测尖点，即P′_i+1＝P_i；当i≥2时,根据第i‑1帧和i帧的灰度图像中探针尖点的位置，通过以下预测公式预测i+1帧图像中的探针尖点位置；P′_i+1＝P_i+(P_i‑P_i‑1)＝2P_i‑P_i‑1；其中，P为探针尖点的坐标向量，P’为探针尖点的预测坐标向量，i为图像的帧数；步骤2‑3、以探针尖点预测坐标向量P’为基础，在第i+1帧灰度图像上构建局部感兴趣区域；步骤2‑4、通过对局部感兴趣区域进行SUSAN角点检测，过滤出上、下探针尖点位置；步骤2‑5、对过滤出的上、下探针尖点进行距离校验；距离校验条件1为|d(P_up，P_down)‑d₀(P_up，P_down)|＜ε₁其中，d(P_up，P_down)表示i+1帧图像中的上、下探针尖点之间的距离；d₀(P_up，P_down)表示i帧图像中的上、下探针尖点之间的距离；ε₁为误差阈值；步骤2‑6、判断步骤2‑5校验结果，如满足条件1，则转入步骤2‑10，否则转步骤2‑7；步骤2‑7、以Canny算子检测局部感兴趣区域中图像边缘信息，利用Hough变换提取直线轮廓，进一步根据以下规则分别得到上尖点和下尖点对应的圆锥母线：a)在所提取的直线中，两条探针圆锥母线与图像中X轴夹角大小在60°～80°之间；b)两条圆锥母线之间的夹角满足θ₁,θ₂分别是两条探针圆锥母线与图像X轴夹角；c)圆锥母线交点Q为所有配对成功直线交点的最高点，并且在图像内；步骤2‑8、根据所得上尖点和下尖点对应的圆锥母线，计算上、下轮廓交点，并进行距离校验；距离校验条件2为|d(Q_up，Q_down)‑d₀(Q_up，Q_down)|＜ε₂其中，d(Q_up，Q_down)表示当前帧图像中的上、下探针尖点之间的距离；d₀(Q_up，Q_down)表示前一帧图像中的上、下探针尖点之间的距离；ε₂为误差阈值；步骤2‑9、判断步骤2‑8校验结果，如满足条件2，则根据上一帧图像中理想探针尖点Q₀与P₀的距离以及当前帧图像中理想探针尖点Q，按下式计算当前帧中实际探针尖点P；P＝Q+P₀‑Q₀，转入步骤2‑10；若条件2亦不满足，则认为当前帧图像检测失败，测量数据点不存入数据库中，转步骤2‑1；步骤2‑10记录上、下探针尖点的位置及其连线斜率k；步骤3、计算旋转偏差角度步骤3‑1、分别拟合探针上、下尖点位置，求出探针运动直线，具体过程如下:探针一次上、下运动捕获的视频序列中，若检测出的有效探针尖点图像数为N，利用线性回归方程$k_M=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}(x_i-\bar{x})(y_i-\bar{y})}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{(x_i-\bar{x})}^2}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{x}_i{y}_i-N\overline{xy}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{x}_i^2-N{\bar{x}}^2}$求出探针运动直线；其中，k_M为运动直线的斜率；x_i,y_i分别为第i帧图像中探针尖点的横、纵坐标；$\bar{x}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{x}_i}{N},$$\bar{y}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{y}_i}{N},$步骤3‑2、根据每帧图像中的上、下探针尖点位置，求出各帧图像中探针所在直线方向；即$k_i=\frac{y_{up}-y_{down}}{x_{up}-x_{down}},i=1,2...,N$其中，k_i为第i帧图像中，探针上、下尖点的连线斜率；(x_up,y_up)为上探针尖点坐标，(x_down,y_down)为下探针尖点坐标；探针上、下尖点连线斜率k的均值为$k_L=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{k}_i}{N}$利用探针上、下尖点连线平均斜率k_L得到一条上、下尖点的拟合直线；步骤3‑3、计算探针运动直线与上、下尖点拟合直线的夹角θ$\theta =atan\left|\frac{k_L-k_M}{1+k_L{k}_M}\right|$θ即为旋转偏差角度。