专利名称：一种闭合路径的搜索方法
技术领域：
本发明涉及一种路径规划方法，具体涉及一种闭合路径的搜索方法。
背景技术：
自动光学检测技术是用光学成像技术获取被检测物的数字图像，然后通过数字图像处理技术实现对被检测物的检验、分析和判断。为了保证空间电子设备电路模块的长寿命和高可靠性，工业界现已广泛采用自动光学检测技术对电路板进行质量检测。为了提高检测效率，减少器件损耗，缩短检测的取像时间，需要对自动光学检测的取像路径进行规划，确定一条恰经过每个被检测物一次的闭合路径。这种路径规划问题属于典型的TSP(旅行商)问题，目的是为旅行者寻求一条由起点城市出发，经过所有给定城市，最后回到原出发城市的最短路径。TSP路径最小化问题可应用于许多领域，如车辆路由，计算机配线，通信网络频率分配以及电网布线等。常用的TSP路径最小化的方法有最近邻方法、插入法和随机搜索算法。最近邻方法为随机选取一个城市作为路径起点，在路径的末端总是选择未光顾城市中与末端城市距离最近的加入路径中，重复这种模式，直至将所有城市都纳入路径中。插入法以任意一个城市作为路径起点，在选择下一城市时，使插入代价最小。随着计算机运算速度的提高，解决 TSP问题可利用随机搜索算法，如模拟退火算法、遗传算法、蚁群算法以及这些算法的结合和/或改进。但是，随机搜索算法不考虑目标点的几何分布特征，缺乏“对症下药”的处理措施，仅靠运算快而穷追猛打，在遇到大样本的情形下往往收敛速度不佳，甚至常常面临连一条Hamilton回路都找不到的尴尬。可见，现有的闭合路径规划方法都没有将目标点作为一个整体来看待，都未考虑各个目标点之间的关联，具有很强的盲目性，效率低下且效果不佳。
发明内容
鉴于此，本发明提出一种全新的闭合路径的搜索方法，能够消除搜索过程中的盲目性，提高搜索效率。本发明的闭合路径的搜索方法包含步骤一、将被检测物构成的点集确定为目标点集；步骤二、搜索目标点集的最外层凸包和次外层凸包；步骤三、合并最外层凸包和次外层凸包，以得到最终的最外层闭合路径，具体包含a)搜索一点P以得到最外层闭合路径和重新确定的次外层凸包在最外层凸包上搜索一边、t2，在次外层凸包上搜索一点P，其中点P位于两条分别经过点、和点t2且垂直于边、t2的平行线之间，且与最外层凸包上的其余边以及次外层凸包上的其余点相比，点P 到边、t2的距离最短；如果点P到边、t2的距离小于边、t2的长度的一半，则将点P纳入边 tit2，得到一最外层闭合路径；以得到的最外层闭合路径所包围的点为搜索范围进行凸包搜索，将搜索到的凸包作为重新确定的次外层凸包；b)对得到的最外层闭合路径和重新确定的次外层凸包执行步骤a)，并重复同样的过程，直至在重新确定的次外层凸包上搜索不到符合条件的点P或无法形成次外层凸包为止，得到最终的最外层闭合路径；步骤四、将最终的最外层闭合路径所包围的点确定为目标点集，执行步骤一 二， 得到最终的次外层闭合路径；重复同样的过程，得到一组最终的闭合路径，且该组最终的闭合路径由外到内依次嵌套；步骤五、将该组最终的闭合路径连成一条闭合路径；其中，在搜索目标点集的最外层凸包和次外层凸包时，当目标点集中的点的个数小于3时，根据距离最短原则将目标点集中的点纳入与其相邻的闭合路径，以形成最终的最内层闭合路径，并执行步骤五；其中距离最短原则为判断一点到包围该点的多边形的各条边的距离，将该点纳入使该距离最短的边。本发明提供的闭合路径的搜索方法引入了图论中的凸包理论，依据目标点的几何分布特征，体现了各个目标点之间的关联，提高了搜索效率，降低了搜索成本，显著地消除了搜索过程中的盲目性。
图1为被检测物构成的点集及其最外层凸包和第二层凸包。图2为将第二层凸包上的点纳入最外层凸包。图3为搜索过程中形成的最外层闭合路径和新的第二层凸包。图4为由外至内层层嵌套的闭合路径组。图5为将相邻的两层闭合路径打通。图6为根据本发明的方法搜索得到的闭合路径。
具体实施例方式本发明的闭合路径的搜索方法利用了凸包理论。以电路板上的大量焊点为例，凸包是包含了所有焊点的最小凸多边形，不考虑中间位置的焊点，仅考虑边缘处的焊点。搜索凸包的方法有很多，如Graham扫描法和包裹法等。下面结合附图并举实施例，对本发明的搜索方法进行详细描述，仍以电路板上的大量焊点为例，如图1所示，其中圆点代表焊点。步骤101 将电路板上的大量焊点确定为要搜索的目标点集V ；步骤102 确定V的最外层凸包L1，确定V的第二层凸包L2。图1中的外围闭合曲线L1 = Ch(V)是η个焊点组成的集合V的凸包,L1由位于最外围的焊点V11,V12,L ,、^形成，即A 二^^卜^， ，八，！^丨山是乂的最外层凸包。不考虑最外层凸包1^上的焊点v ，V12,L ,ν1Λ，仅考虑被L1所包围的焊点，利用凸包搜索方法可以得到被L1所包围的焊点的凸包为尽=C/^-C/^)) = {v21,V>22,LL2是V的由外到内的第二层凸包。步骤103 合并L1和L2,得到目标点集V的最外层闭合路径；通过以下步骤实现
1)在L2上搜索一个焊点q，焊点q位于分别经过L1上的相邻点V11和V12且垂直于边V11V12的两条平行线之间，且在L2上的所有点分别到L1上的所有边的距离值之中，焊点q 到边V11V12的距离最短。如果焊点q到边V11V12的距离小于边V11V12的长度的一半，则将焊点q纳入L1中，即依次连接点vn、q和V12，形成边vnq和边qv12，删除边V11V12，得到当前的 U。以当前的L1所包围的点为搜索范围进行凸包搜索，搜索到的凸包为当前的L2。2)对当前的L1和L2执行步骤1)，并重复同样的过程，直至在L2上搜索不到符合条件的点q或无法形成次外层凸包(如搜索范围内的焊点不足三个无法形成闭合曲线)为止。经过上述反复地搜索一点q、将点q纳入L1、重新确定L2的过程，最终得到的当前的L1就是目标点集V的最外层闭合路径。其中，搜索焊点q的步骤可通过下述过程实现首先，为叙述方便，定义下标函数kt(i)代表不同焊点名
权利要求
1.一种闭合路径的搜索方法，用于搜索一条恰经过每个被检测物一次的闭合路径，其特征在于包含步骤一、将被检测物构成的点集确定为目标点集；步骤二、搜索目标点集的最外层凸包和次外层凸包；步骤三、合并最外层凸包和次外层凸包，以得到最终的最外层闭合路径，具体包含a)搜索一点P以得到最外层闭合路径和重新确定的次外层凸包在最外层凸包上搜索一边、t2，在次外层凸包上搜索一点P，其中点P位于两条分别经过点、和点t2且垂直于边、t2的平行线之间，且与最外层凸包上的其余边以及次外层凸包上的其余点相比，点P到边、t2的距离最短；如果点P到边、t2的距离小于边、t2的长度的一半，则将点P纳入边 、t2，得到一最外层闭合路径；以得到的最外层闭合路径所包围的点为搜索范围进行凸包搜索，将搜索到的凸包作为重新确定的次外层凸包；b)对得到的最外层闭合路径和重新确定的次外层凸包执行步骤a)，并重复同样的过程，直至在重新确定的次外层凸包上搜索不到符合条件的点P或无法形成次外层凸包为止，得到最终的最外层闭合路径；步骤四、将最终的最外层闭合路径所包围的点确定为目标点集，执行步骤一 二，得到最终的次外层闭合路径；重复同样的过程，得到一组最终的闭合路径，且该组最终的闭合路径由外到内依次嵌套；步骤五、将该组最终的闭合路径连成一条闭合路径；其中，在搜索目标点集的最外层凸包和次外层凸包时，当目标点集中的点的个数小于 3时，根据距离最短原则将目标点集中的点纳入与其相邻的闭合路径，以形成最终的最内层闭合路径，并执行步骤五；其中距离最短原则为判断一点到包围该点的多边形的各条边的距离，将该点纳入使该距离最短的边。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤五的将该组最终的闭合路径连成一条闭合路径，具体包含i)在最内层闭合路径上选择两个相邻点A和B，在次内层闭合路径上选择两个相邻点 a和b，分别连接，得到线段Aa和Bb，如果用线段Aa和恥的总长度减去线段AB和ab的总长度得到的差值在所有可选择的连接中是最小的，则保留线段Aa和恥，删除线段AB，删除线段ab，以将最内层闭合路径纳入到次内层闭合路径中； )重复执行步骤i)，直至将次外层闭合路径纳入到最外层闭合路径中，即该组最终的闭合路径被连成了一条闭合路径。
全文摘要
本发明公开了一种闭合路径的搜索方法，利用了凸包理论，依据目标点的几何分布特征，利用了各目标点的位置关系，例如在对大量焊点的处理中，首先步骤清晰、调理清楚地确定了“覆盖”全部焊点的闭合路径组，然后由内到外地将闭合路径组中的每一条路径连接了起来，形成一条闭合路径。因此本发明的方法搜索效率高，效果好，能够显著地消除搜索过程中的盲目性。
文档编号G06T7/00GK102279975SQ20111021633
公开日2011年12月14日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者安凯, 辛明瑞 申请人:中国航天科技集团公司第五研究院第五一三研究所