电磁线薄膜绕包的检测方法
【专利摘要】电磁线薄膜绕包的检测方法，利用两摄像机同时采集电磁线薄膜绕包图像，对采集的图像执行以下步骤：图像预处理，对图像平滑去噪；亚像素级边缘特征提取，对图像进行边缘特征提取，以得到边缘精确定位图像；图像立体匹配，通过基于边缘区域的Harris特征匹配算法，实现两图像的特征匹配；以及进行电磁线绕包间距与绕包率检测。该方法采用双目视觉获取两个图像，解决了单目视觉因绕包机高速旋转或震动而无法获取清晰图像从而无法完成检测的难题，实现了对绕包质量的非接触式、准确、自动化检测。
【专利说明】电磁线薄膜绕包的检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电磁线薄膜绕包的检测方法。
【背景技术】[0002]电磁线是电机、高压大容量变压器等电器产品的关键材料，电磁线主要分绕包线和漆包线两种，绕包线是一种在导体上用天然纤维、无碱玻璃丝、云母带等各种绝缘薄膜绕包而成的绝缘导线。绕包方式有两种:平包和叠包；而平包又包括单层平包、双层平包、三层平包。绕包的方式、层间位置尺寸参数及均匀性则是影响电磁线的电气性能的重要因素。
[0003]由于电磁线的绕包是在绝缘薄膜高速旋转下完成的，因此绕包质量的动态检测是一项极具挑战性的技术难题，采用任何接触式的检测方法极难获得准确的测量数据，而且还容易造成断线。目前，电磁线的绕包质量主要依赖绕包机的性能及其工作的稳定性和可靠性。
[0004]传统的方法是在生产工作过程中，操作人员首先使绕包机工作在低速旋转的绕包预调状态，根据实时观测绕包的具体情况调整绕包机的参数，使绕包的位置尺寸和偏差稳定并符合产品质量要求；然后使绕包机工作在高速旋转的绕包生产状态，此后电磁线的绕包质量完全凭由机器的工作状态来决定，操作人员只能对产后的绕包情况进行观测后再判断决定是否需要进行干预。可见，凭借此种滞后的人工目测方法来检测质量难以及时发现问题，极容易造成不必要的浪费，而且人工目测的方法精度也难以保证。由此便产生了基于单目视觉的电磁线绕包质量在线检测系统，其基于获取到的清晰图像，进而进行检测。但由于绕包机的高速运转及其带来的震动会使得摄像机无法获取清晰图像，这成为了绕包质量自动检测的一大问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，使得在绕包机高速运转和震动的情况下也能完成对电磁线绕包质量的准确、自动化的检测。
[0006]为了实现这一目的，本发明提供了一种电磁线薄膜绕包的检测方法，利用第一摄像机和第二摄像机同时采集电磁线薄膜绕包图像，并且对第一摄像机采集的第一图像和第二摄像机采集的第二图像执行以下步骤:图像预处理，对第一图像和第二图像平滑去噪；亚像素级边缘特征提取，对预处理后的第一图像和第二图像进行边缘特征提取，以得到第一图像和第二图像的边缘精确定位图像；图像立体匹配，通过基于边缘区域的Harris特征匹配算法，实现第一图像和第二图像的特征匹配；以及进行电磁线绕包间距与绕包率检测。
[0007]根据本发明的一优选实施例中，图像立体匹配的步骤包括:对提取边缘特征后的第一图像和第二图像按窗口依次计算视差梯度S d，将所有满足1.2 < I 5d| <2的窗口
区域判定为边缘区域，这里其中ρΚ；φ yi’ 4)、齡(沿及
Ρχ{χιy[，ρΚχ2^ y[，zD 分别是实际场景中两点 Pi (A，yi，Z1)和p2(x2，y2，z2)对应的在第一图像和第二图像中的投影；利用Harris算子提取第一图像和第二图像的边缘区域的一定数量的特征角点，生成两特征向量；以及通过判断第一图像与第二图像中相应特征角点之间的欧氏距离D来实现相应特征角点之间的匹配，其中若Dmin/D?in < 0.5，则相应的
两个特征角点相匹配，这里
【权利要求】
1.一种电磁线薄膜绕包的检测方法，其特征在于，利用第一摄像机和第二摄像机同时采集电磁线薄膜绕包图像，并且对所述第一摄像机采集的第一图像和所述第二摄像机采集的第二图像执行以下步骤: 图像预处理(SI)，对所述第一图像和所述第二图像平滑去噪； 亚像素级边缘特征提取(S2)，对预处理后的所述第一图像和所述第二图像进行边缘特征提取，以得到所述第一图像和所述第二图像的边缘精确定位图像； 图像立体匹配(S3 )，通过基于边缘区域的Harri s特征匹配算法，实现所述第一图像和所述第二图像的特征匹配；以及 进行电磁线绕包间距与绕包率检测(S4 )。
2.根据权利要求1所述的电磁线薄膜绕包的检测方法，其中， 所述图像立体匹配(S3)的步骤包括: 对提取边缘特征后的所述第一图像和所述第二图像按窗口依次计算视差梯度S d，将所有满足1.2 < I δ d| < 2的窗口区域判定为边缘区域，对于平行双目系统而言，Sd =，其中咖^沁ζ?)、ρΚ；φ yi, Z|)及.p【(4，yi，4)、pr2(4’ yl.4')分别是实际场景中两点P1U1, y1; Zl)和P2 (χ2，y2，z2)对应的在第一图像和第二图像中的投影； 利用Harris算子提取所述第一图像和所述第二图像的边缘区域的一定数量的特征角点，生成两特征向量；及` 通过判断所述第一图像与所述第二图像中相应特征角点之间的欧氏距离D来实现相应特征角点之间的匹配，其中若Dmin/D?in< 0.5，则相应的两个特征角点相匹配，这里D = V(x1- xO2 + (χ2 - O2 + …+ (? - K)2,其中，(X1, X2, , Xn)和(X11 , X2,,…Xn')为Harris提取角点后得到的特征向量，Dmin为欧氏距离D的最小值，Demin为欧氏距离D的次小值，η为正整数。
3.根据权利要求1所述的电磁线薄膜绕包的检测方法，其中所述图像预处理(SI)的步骤采用模板为3X3的标准差σ = 0.5的高斯平滑滤波去噪。
4.根据权利要求1所述的电磁线薄膜绕包的检测方法，其中所述亚像素级边缘特征提取(S2)的步骤包括: 像素级边缘检测，得到所述第一图像和所述第二图像的边缘粗定位图像；以及 亚像素级边缘检测，得到所述第一图像和所述第二图像的边缘精确定位图像。
5.根据权利要求4所述的电磁线薄膜绕包的检测方法，其中所述像素级边缘检测是采用Canny算子进行的像素级边缘检测。
6.根据权利要求4所述的电磁线薄膜绕包的检测方法，其中所述亚像素级边缘检测采用基于Zernike矩的改进亚像素边缘检测算法，包括:
计算 7 X 7 模板{M00, M11, M20, M31, M40I，从而得到 Re [M11]，Im[M11]和 M20，其中 M00 表示零阶零次Zernike矩模板，M11表示一阶一次Zernike矩模板，M2tl表示二阶零次Zernike矩模板，M31表示三阶一次Zernike矩模板，M41表示四阶一次Zernike矩模板，Re[M11]表示M11模板实部，Im[M11]表示M11模板虚部；采用模板(Mc^MmMmM31, M4J和所述第一图像及所述第二图像的每一个像素点进行卷积运算得到{A00, A10, A20, A31, A40I，从而得到与 Re [M11]、Im[M11]对应的 Re [A11]、Im[A11]； 根据公式
7.根据权利要求2所述的电磁线薄膜绕包的检测方法，其中利用Harris算子提取所述第一图像和所述第二图像的一定数量的特征角点具体包括: 计算所述第一图像和所述第二图像水平方向和与水平方向垂直的垂直方向的梯度Ix，Iy，以及两者的乘积，得到式
8.根据权利要求1所述的电磁线薄膜绕包的检测方法,其中进行电磁线绕包间距与绕包率检测(S4)的步骤包括: 采用Hough变换与最小二乘法相结合的方法获得像面直线，运用Hough变换求出电磁线绕包边缘与间隔像面直线参数空间P和Θ，这里P是极径，Θ是极角，之后采用最小二乘法拟合像面直线，使得目标函
9.根据权利要求1所述的电磁线薄膜绕包的检测方法,其中进行电磁线绕包间距与绕包率检测(S4)的步骤包括: 利用S1M1Xw = O和S2M2Xw = O求出空间直线L，其中M1和M2为所述第一摄像机和所述第二摄像机的投影矩阵，第一摄像机光心为Oca，第二摄像机光心为0。2，Xw为物点在世界坐标系中的齐次坐标，S1和S2表示所述第一图像和所述第二图像上直线I1和I2的参数向量，空间直线L为由Oca和I1构成的平面Q1与由0。2和I2构成的平面Q2的交线； 根据得出的边缘直线和间隔直线，测出像素间距，结合已知的摄像机设定参数能够得到电磁线绕包间距，从而实现对`绕包间距及绕包率进行自动检测。
【文档编号】G01N21/88GK103512892SQ201310433491
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月22日 优先权日:2013年9月22日
【发明者】吴培培, 穆平安, 戴曙光 申请人:上海理工大学