专利名称：一种基于机器视觉与模糊控制的电缆线序识别方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明属于机器视觉检测技术领域，是图像处理与模糊控制技术的应用，特别是涉及ー种基于机器视觉与模糊控制的电缆线序识别方法及设备。
背景技术：
在电缆线序识别方面，目前主要依靠人工观测、手动操作的方法。这种方法本身就存在着一定的人为误差风险，而且随着工业的快速发展，市场需求的不断上升，工作強度和工作压カ以及劳动カ成本的提高，人工观测、手动操作这种传统方法出现人为误差和视觉误差的几率会大大增加，留下诸多安全隐患，而且还存在效率低、生产成本高等缺点。因此，采用机器视觉检测与模糊控制相结合进行电缆线序识别这种先进的自动化生产技术显得尤为重要。使用基于机器视觉与模糊控制的电缆线序识别方法进而生产制造出相应设备， 代替人工检测，可以有效地降低误差和风险，減少安全隐患，节约劳动力，降低生产成本，也为实现自动化生产提供了有效的途径，有利于エ业生产的快速发展。
发明内容
本发明提供ー种能大大提高电缆线识别的效率及准确度，并降低人工成本的基于机器视觉与模糊控制的电缆线序识别方法及设备。本发明实现上述发明目的的技术方案是一种基于机器视觉与模糊控制的电缆线序识别设备，包括标准模块图像、待处理的电缆线、摄像头、含有控制板卡的PC机和装有驱动器的步进电机，所述标准模块图像和待处理的电缆线与摄像头连接，通过摄像头对标准模块图像和待处理的电缆线进行采集，所述摄像头将采集的图像发送给PC机进行处理，所述步进电机由PC机的最終处理结果控制带动待处理的电缆线旋转，直至最終位置。一种基于机器视觉与模糊控制的电缆线序识别方法包括如下步骤(I)、采集标准模块图像，即无电缆线的背景图；(2)、实时采集待处理的电缆线的图像；(3)、将步骤(2)中采集到的图像与步骤(I)的标准模块图像进行差分处理，得到去背景的图像；(4)、对差分处理后得到的图像进行预处理；(5)、对图像进行逐行扫描，捜索出图像中可能是电缆线上的点，并对该点的连通域与RGB值分别进行分析，找到符合要求的所有点及其连通域，提取出图像中电缆线特征，从而得出目标电缆线对应的位置；(6)、根据步骤(5)中得到的位置，计算出目标电缆线与最終位置之间的夹角；(7)、运用模糊控制技术，确定步进电机的电脉冲与角位移间的关系，根据步骤(6)得到的夹角确定电脉冲数，利用步进电机带动电缆线旋转，直至最終位置。上述步骤(4)中预处理采集到的去背景的图像是指
(3a)、进行图像增强，包括采用中值滤波去除图像的噪声，以及对图像进行处理以増加去背景的图像的对比度；(3b),对图像进行数学形态学滤波。上述步骤(5)中对图像进行逐行扫描，捜索出图像中可能是电缆线上的点，并对该点的连通域与RGB值分别进行分析，找到符合要求的所有点及其连通域，提取出图像中的电缆线特征，从而得出目标电缆线对应的位置；所采用的具体算法实现过程如下(4a)、对图像进行跳跃搜索，计算出图像的高度H，依次从图像高度的*处从左到
右扫描图像，其中η为正整数，i = 1，3，5，…，2n-l，由于待处理的图像为彩色图像，需要搜索到目标颜色的电缆线，即要对捜索到的点进行RGB值分析； (4b)、提取搜索的每个点的R值、G值、B值，与目标颜色电缆线的R值、G值、B值对应进行比较，计算三个值之差的总和X，取ー适当的值Xtl,当X < Xtl吋，即认为该点颜色与目标颜色相同；当X > =Xtl吋，即认为该点颜色与目标颜色不同；(4c)、对扫描到颜色与目标颜色相同的点搜索其8个方向的邻域，并对邻域中搜索到的与该点同样符合顔色要求的点的位置值存储起来，统计出这些颜色相同的点形成的连通域的长度L、宽度W、宽长比A和面积S，其中A = W/L，S为该连通域包含的像素总和；如果宽长比A < Atl，则将上述存储起来的位置值清零，并认为该点及其连通域不是所要寻找的目标，继续重复步骤(4a)扫描图像，直到找到ー个点，该点的连通域满足A > Atl和S >Stl，则认为找到目标电缆线位置，停止捜索。上述步骤(6)根据步骤(5)中得到的位置，计算出目标电缆线与最終位置之间的夹角的步骤为(5a)、计算电缆线的中心点坐标，取乃=j/6H，其中j = 1，2，…，5，为了消除边缘对识别的影响，则采用A = (x in + X ax)来计算A的值，则电缆线上的取样点表示为(X」，y」),其中j=l, 2，…，5 ;(5b)、拟合电缆线中轴线，利用最大似然估计产生电缆线的最大拟合參数，并根据步骤(5a)中的取样点( , Yj), j = I, 2，…，5，来确定电缆线位置方程
权利要求
1.一种基于机器视觉与模糊控制的电缆线序识别设备，其特征在于包括标准模块图像、待处理的电缆线、摄像头、含有控制板卡的PC机和装有驱动器的步进电机，所述标准模块图像和待处理的电缆线与摄像头连接，通过摄像头对标准模块图像和待处理的电缆线进行采集，所述摄像头将采集的图像发送给PC机进行处理，所述步进电机由PC机的最終处理结果控制带动待处理的电缆线旋转，直至最終位置。
2.一种基于机器视觉与模糊控制的电缆线序识别方法，其特征在于包括如下步骤 (1)、采集标准模块图像，即无电缆线的背景图； (2)、实时采集待处理的电缆线的图像； (3)、将步骤(2)中采集到的图像与步骤(I)的标准模块图像进行差分处理，得到去背景的图像； (4)、对差分处理后得到的图像进行预处理； (5)、对图像进行逐行扫描，捜索出图像中可能是电缆线上的点，并对该点的连通域与RGB值分别进行分析，找到符合要求的所有点及其连通域，提取出图像中电缆线特征，从而得出目标电缆线对应的位置； (6)、根据步骤(5)中得到的位置，计算出目标电缆线与最終位置之间的夹角； (7)、运用模糊控制技术，确定步进电机的电脉冲与角位移间的关系，根据步骤(6)得到的夹角确定电脉冲数，利用步进电机带动电缆线旋转，直至最終位置。
3.根据权利要求2所述的ー种基于机器视觉与模糊控制的电缆线序识别方法，其特征在于所述步骤(4)中预处理采集到的去背景的图像是指 (3a)、进行图像增强，包括采用中值滤波去除图像的噪声，以及对图像进行处理以増加去背景的图像的对比度； (3b),对图像进行数学形态学滤波。
4.根据权利要求2所述的ー种基于机器视觉与模糊控制的电缆线序识别方法，其特征在于所述步骤(5)中对图像进行逐行扫描，捜索出图像中可能是电缆线上的点，并对该点的连通域与RGB值分别进行分析，找到符合要求的所有点及其连通域，提取出图像中电缆线特征，从而得出目标电缆线对应的位置，所采用的具体算法实现过程如下 (4a)、对图像进行跳跃搜索，计算出图像的高度H，依次从图像高度的*处从左到右扫描图像，其中η为正整数，i = 1，3，5，…，2n-l，由于待处理的图像为彩色图像，需要捜索到目标颜色的电缆线，即要对捜索到的点进行RGB值分析； (4b)、提取搜索的每个点的R值、G值、B值，与目标颜色电缆线的R值、G值、B值对应进行比较，计算三个值之差的总和X，取ー适当的值Xtl,当X < Xtl吋，即认为该点颜色与目标颜色相同；当X > =Xtl吋，即认为该点颜色与目标颜色不同； (4c)、对扫描到颜色与目标颜色相同的点搜索其8个方向的邻域，并对邻域中搜索到的与该点同样符合顔色要求的点的位置值存储起来，统计出这些颜色相同的点形成的连通域的长度L、宽度W、宽长比A和面积S，其中A=W/L，S为该连通域包含的像素总和；如果宽长比A < A0,则将上述存储起来的位置值清零，并认为该点及其连通域不是所要寻找的目标，继续重复步骤(4a)扫描图像，直到找到ー个点，该点的连通域满足ム>\和S>SQ，则认为找到目标电缆线位置，停止捜索。
5.根据权利要求2所述的ー种基于机器视觉与模糊控制的电缆线序识别方法，其特征在干所述步骤(6)根据步骤(5)中得到的位置，计算出目标电缆线与最終位置之间的夹角的步骤为 (5a)、计算电缆线的中心点坐标,取yj = j/6H,其中j = 1，2，“·，5,为了消除边缘对识别的影响，则采用Xj= (xMin + xMax)来计算xj的值，则电缆线上的取样点表示为(Xj，yP，其中 j=l，2，…，5; (5b)、拟合电缆线中轴线，利用最大似然估计产生电缆线的最大拟合參数，井根据步骤(5a)中的取样点(Xj，yP，j = 1,2,…，5，来确定电缆线位置方程
6.根据权利要求2所述的ー种基于机器视觉与模糊控制的电缆线序识别方法，其特征在于所述步骤(7)运用模糊控制技术，求出步进电机的电脉冲与角位移间的关系，根据步骤(6)得到的夹角确定电脉冲数，利用步进电机带动电缆线旋转，直至最終位置的步骤为 (6a)、设置步进电机转动的方向与目标电缆线转到最終位置的方向相同； (6b)、根据步进电机的电脉冲与角位移间的关系，确定单位角位移对应的电脉冲数； (6c)、对目标电缆线与最終位置之间的夹角Θ进行模糊化，最終位置有个可接受的偏差范围，根据位置的偏差范围及位置点到中心的距离，确定角位移的可接受偏差范围； (6d)、角位移的变化范围为[0°，360° )之间变化的连续量，根据最大偏差，将这些连续的精确量离散化； (6e)、根据实际情况的电缆线对称性及旋转性，确定最大偏差的一半是调整因子； (6f)、建立模糊控制规则表，根据单位角位移对应的电脉冲数，计算出最大偏差对应的电脉冲数2Y，则调整因子为Y;建立角度Θ及其模糊量与电脉冲数间的模糊控制规则表； (6g)、根据模糊控制规则表，确定目标电缆线与最終位置之间的夹角与电脉冲数的关系，得到最終的电脉冲数，驱动步进电机带动电缆线旋转，直至最終位置。
全文摘要
本发明属于机器视觉检测技术领域，是图像处理与模糊控制技术的应用，特别是涉及一种基于机器视觉与模糊控制的电缆线序识别方法及设备，主要包括采集标准模块图像和含有待处理电缆线序信息的图像、对采集的目标图像和标准图像进行差分、对差分后的图像预处理、提取图像中电缆线特征并计算其对应位置、计算目标电缆线与指定位置的夹角以及运用模糊规则控制步进电机带动目标电缆线旋转等步骤。本发明实现自动检测识别电缆线序并控制其旋转到指定位置，避免了人工识别带来的人为误差和视觉误差，降低了安全隐患，节省了人力物力，降低了生产成本。
文档编号G01R31/02GK102680849SQ20121017185
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月29日 优先权日2012年5月29日
发明者倪建军, 张继, 沈金荣, 范新南, 谭宪军 申请人:河海大学常州校区