一種基于灰度共生矩陣的管件內(nèi)螺紋視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及基于灰度共生矩陣的管件內(nèi)螺紋視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 螺紋連接是一種廣泛使用的可拆卸連接，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連接可靠、拆卸方便等特 點(diǎn)。端口具有內(nèi)螺紋的構(gòu)件作為一種典型的螺紋構(gòu)件，廣泛存在于日常生活中的管狀連接 結(jié)構(gòu)中，如瓶蓋、塑料管道、櫥柜調(diào)節(jié)腳等。
[0003] 內(nèi)螺紋連接在裝配過(guò)程中，已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化操作，但在某些情況下仍然存 在技術(shù)上的限制。例如在櫥柜調(diào)節(jié)腳的兩個(gè)螺紋構(gòu)件在進(jìn)行生產(chǎn)裝配過(guò)程中，從注塑機(jī)中 生產(chǎn)出來(lái)的內(nèi)螺紋管件呈無(wú)序狀態(tài)送入到裝配上料器中，管件的一端口無(wú)螺紋，另一端口 有螺紋，在進(jìn)行裝配時(shí)，要求有螺紋端口的朝向一致。但是由于技術(shù)條件的限制，現(xiàn)有的裝 配過(guò)程只能通過(guò)人工擺放螺紋管件來(lái)進(jìn)行，或者整個(gè)裝配過(guò)程都是人工勞作，這無(wú)疑限制 了企業(yè)生產(chǎn)效率?，F(xiàn)也有一些螺紋識(shí)別算法，但是常常需要將攝像頭深入到管件內(nèi)部進(jìn)行 識(shí)別，對(duì)攝像頭尺寸要求嚴(yán)格，所需硬件系統(tǒng)復(fù)雜，同時(shí)相應(yīng)內(nèi)螺紋識(shí)別算法的穩(wěn)定性低， 準(zhǔn)確率低，識(shí)別速度慢。在類似的其他螺紋裝配場(chǎng)合，通常也需要對(duì)管件端口的內(nèi)螺紋進(jìn)行 自動(dòng)識(shí)別，以便將內(nèi)螺紋識(shí)別結(jié)果下傳到后續(xù)的工位中，進(jìn)行翻轉(zhuǎn)或者直接拋棄等操作，提 高生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化程度，因此，提供一種高效的管件內(nèi)螺紋自動(dòng)識(shí)別的系統(tǒng)及方法是 十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有內(nèi)螺紋識(shí)別算法的穩(wěn)定性低，識(shí)別速度慢，所需硬 件系統(tǒng)復(fù)雜的問(wèn)題，而提出了一種基于灰度共生矩陣的管件內(nèi)螺紋視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)及方法。
[0005] 上述的發(fā)明目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種基于灰度共生矩陣的管件內(nèi)螺紋視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)由由上位機(jī)、高清攝像頭和 LED光源組成；上位機(jī)與高清攝像頭連接；LED光源為強(qiáng)度可調(diào)光源，且用于建立光照環(huán)境； 高清攝像頭用于攝取圖像；上位機(jī)用于控制高清攝像頭進(jìn)行圖像采集和圖像處理。
[0007] -種基于灰度共生矩陣的管件內(nèi)螺紋視覺(jué)識(shí)別方法具體是按照以下步驟進(jìn)行 的：
[0008] 步驟一、內(nèi)螺紋管件第一次被識(shí)別之前，調(diào)節(jié)LED光源強(qiáng)度，直到高清攝像頭攝取 的管口內(nèi)螺紋圖像最為清晰，后續(xù)的識(shí)別過(guò)程無(wú)需再次調(diào)節(jié)LED光源強(qiáng)度，調(diào)節(jié)LED光源強(qiáng) 度后，開(kāi)啟上位機(jī)視覺(jué)識(shí)別程序?qū)ο鄼C(jī)進(jìn)行初始化，在此過(guò)程中，程序自動(dòng)通過(guò)高清攝像頭 采集并保存一張背景圖像；
[0009] 步驟二、上位機(jī)通過(guò)高清攝像頭采集一張內(nèi)螺紋管件端口原始圖像；
[0010] 步驟三、將步驟二采集得到的內(nèi)螺紋管件端口原始圖像和步驟一中采集并保存的 背景圖像做圖像減法，從而剔除內(nèi)螺紋管件端口原始圖像上的背景，僅保留內(nèi)螺紋管件端 口圖像；
[0011] 步驟四、對(duì)步驟三中經(jīng)過(guò)圖像減法得到的剔除背景后的內(nèi)螺紋管件端口圖像，進(jìn) 行動(dòng)態(tài)閾值分割和形態(tài)學(xué)處理，獲取內(nèi)螺紋管件端口的二值圖像，其中，形態(tài)學(xué)包括開(kāi)運(yùn)算 和閉運(yùn)算；
[0012] 步驟五、對(duì)于步驟四得到的內(nèi)螺紋管件端口的二值圖像，采用Hough變換進(jìn)行端 口圓定位，得到定位后的內(nèi)螺紋管件端口圓區(qū)域，其中，所述Hough變換為霍夫變換；
[0013] 步驟六、基于步驟五得到的定位后的內(nèi)螺紋管件端口圓區(qū)域，從內(nèi)螺紋管件原始 圖像中裁剪出對(duì)應(yīng)區(qū)域作為內(nèi)螺紋管件端口 ROI區(qū)域；
[0014] 步驟七、對(duì)步驟六得到的內(nèi)螺紋管件端口 ROI區(qū)域，采用Canny算子對(duì)ROI區(qū)域內(nèi) 進(jìn)行邊緣提取，并對(duì)提取出的ROI區(qū)域內(nèi)邊緣進(jìn)行篩選，即剔除ROI區(qū)域內(nèi)邊緣長(zhǎng)度小于閾 值A(chǔ)的邊緣，得到篩選后的邊緣二值圖像，其中，所述閾值A(chǔ)為人為事先設(shè)定，A > 0 ;
[0015] 步驟八、對(duì)步驟七得到的篩選后的邊緣二值圖像，計(jì)算灰度共生矩陣，并對(duì)灰度共 生矩陣進(jìn)行歸一化，然后求解歸一化后的灰度共生矩陣的能量值屬性；
[0016] 步驟九、利用步驟八得到的歸一化后的灰度共生矩陣的能量值屬性，判斷所采 集的內(nèi)螺紋管件端口內(nèi)有無(wú)螺紋：若此歸一化后的灰度共生矩陣的能量值E小于閾值E_ thresh，則內(nèi)螺紋管件端口內(nèi)存在螺紋；否則，內(nèi)螺紋管件端口內(nèi)無(wú)螺紋，其中，所述閾值 E_thresh為人為事先設(shè)定，閾值E_thresh取值范圍為【0, 1】。
[0017] 發(fā)明效果
[0018] 采用本發(fā)明的一種基于灰度共生矩陣的管件內(nèi)螺紋識(shí)別系統(tǒng)及方法，如下幾方面 的優(yōu)點(diǎn)：
[0019] 1)該算法能夠穩(wěn)定識(shí)別檢測(cè)管件端口是否存在內(nèi)螺紋，檢測(cè)算法返回有或者無(wú)螺 紋兩種情況。
[0020] 2)與該算法相關(guān)的硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)構(gòu)成簡(jiǎn)單，僅包括：一個(gè)普通高清攝像頭、上位 機(jī)、以及亮度可調(diào)節(jié)的LED光源。
[0021] 3)識(shí)別過(guò)程中無(wú)需將攝像頭深入到管件內(nèi)部進(jìn)行圖像采集，所以無(wú)需相應(yīng)運(yùn)動(dòng)機(jī) 械結(jié)構(gòu)，對(duì)攝像頭本身尺寸也不做要求。
[0022] 4)內(nèi)螺紋識(shí)別算法對(duì)攝像頭視場(chǎng)環(huán)境無(wú)特殊要求，對(duì)于復(fù)雜背景中的內(nèi)螺紋管 件，
[0023] 算法同樣能夠進(jìn)行穩(wěn)定識(shí)別檢測(cè)。
[0024] 5)該內(nèi)螺紋識(shí)別算法的穩(wěn)定性高，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，算法的識(shí)別準(zhǔn)確率一 般在99%以上。
[0025] 6)算法的識(shí)別速度快，對(duì)于分辨率為1280*760的采集圖像，對(duì)于單個(gè)內(nèi)螺紋管件 識(shí)別算法的處理時(shí)間在300ms之內(nèi)。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是【具體實(shí)施方式】一中管件內(nèi)螺紋視覺(jué)識(shí)別硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0027] 圖2是【具體實(shí)施方式】二中管件內(nèi)螺紋視覺(jué)識(shí)別方法流程圖；
[0028] 圖3是【具體實(shí)施方式】三中圖像減法剔除背景區(qū)域示例圖，a為原始圖像，b為背景 圖像，c為背景減法圖像；
[0029] 圖4是步驟四中經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)閾值分割和形態(tài)學(xué)處理獲取內(nèi)螺紋管件端口的二值圖 像，d為背景減法圖像，e為內(nèi)螺紋管件端口二值圖像，f為動(dòng)態(tài)閾值分割，形態(tài)學(xué)處理；
[0030] 圖5是步驟七中由內(nèi)螺紋管件端口 ROI區(qū)域提取得到的篩選后的邊緣二值圖像， g為內(nèi)螺紋管件端口 ROI區(qū)域，h為篩選后的邊緣二值圖像，〇為Canny算子邊緣提取和篩 選。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0031] 一：結(jié)合圖1說(shuō)明本，一種基于灰度共生矩陣的管件 內(nèi)螺紋視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于：所述的基于灰度共生矩陣的管件內(nèi)螺紋視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng) 由上位機(jī)、高清攝像頭和LED光源組成；上位機(jī)與高清攝像頭連接；LED光源為強(qiáng)度可調(diào)光 源，且用于建立光照環(huán)境；高清攝像頭用于攝取圖像；上位機(jī)用于控制高清攝像頭進(jìn)行圖 像采集和圖像處理。
【具體實(shí)施方式】 [0032] 二：結(jié)合圖2說(shuō)明本，一種基于灰度共生矩陣的管件 內(nèi)螺紋視覺(jué)識(shí)別方法具體是按照以下步驟進(jìn)行的：
[0033] 步驟一、內(nèi)螺紋管件第一次被識(shí)別之前，調(diào)節(jié)LED光源強(qiáng)度，直到高清攝像頭攝取 的管口內(nèi)螺紋圖像最為清晰，后續(xù)的識(shí)別過(guò)程無(wú)需再次調(diào)節(jié)LED光源強(qiáng)度，調(diào)節(jié)LED光源強(qiáng) 度后，開(kāi)啟上位機(jī)視覺(jué)識(shí)別程序?qū)ο鄼C(jī)進(jìn)行初始化，在此過(guò)程中，程序自動(dòng)通過(guò)高清攝像頭 采集并保存一張背景圖像；
[0034] 步驟二、上位機(jī)通過(guò)高清攝像頭采集一張內(nèi)螺紋管件端口原始圖像；
[0035] 步驟三、將步驟二采集得到的內(nèi)螺紋管件端口原始圖像和步驟一中采集并保存的 背景圖像做圖像減法，從而剔除內(nèi)螺紋管件端口原始圖像上的背景，僅保留內(nèi)螺紋管件端 口圖像；
[0036] 步驟四、對(duì)步驟三中經(jīng)過(guò)圖像減法得到的剔除背景后的內(nèi)螺紋管件端口圖像，進(jìn) 行動(dòng)態(tài)閾值分割和形態(tài)學(xué)處理，獲取內(nèi)螺紋管件端口的二值圖像，其中，形態(tài)學(xué)包括開(kāi)運(yùn)算 和閉運(yùn)算；如圖4所示；
[0037] 其中，采用動(dòng)態(tài)閾值分割是為了保證在圖像光照分布不均勻的情況下也能夠?qū)?件端口進(jìn)彳丁有效提取。
[0038] 形