一种激光拼焊待焊件图像中曲线边缘亚像素检测方法与流程

本发明属于视觉检测领域，具体说是一种激光拼焊待焊件图像中曲线边缘亚像素检测方法。

背景技术：

激光拼焊是一种非接触式工件加工方法，能实现多种金属和非金属的焊接，具有能量密度集中、焊接速度高、热影响区小、深宽比大的特点，在航空航天、汽车和船舶等领域的关键零部件制造中得到越来越广泛的应用。工业生产中，激光焊接头安装在多自由度焊接机器人手臂或数控机床上。焊接前对焊接轨迹进行规划，焊接过程中焊接头按规划轨迹运动实现焊接加工。一般情况下，焊接时需要用夹具固定待焊件，夹具夹装误差等因素的影响，会使焊接位置与预设轨迹产生偏差。由于激光焊接时作用面积小，焊接位置与焊缝的偏差会影响焊接质量，甚至使焊接失效。为消除预设焊接轨迹与实际焊缝的偏差，一种可行的方法是在每次焊接前根据焊缝位置重新规划焊接轨迹。为确定焊接轨迹，需要计算待焊件的亚像素边缘。本发明主要对激光拼焊待焊件曲线焊缝亚像素边缘检测方法进行研究，为待焊件焊接位置轨迹规划提供技术支持。

中国电子科技集团公司第二十八研究所韩东等，在专利公开号为cn105894521a，名称为基于高斯拟合的亚像素边缘检测方法中提出了一种亚像素边缘检测方法，该方法首先利用canny边缘检测算法求得像素级边缘位置信息，再通过高斯拟合方法将边缘定位在亚像素位置。上述方法能够完成亚像素边缘检测，但计算亚像素边缘的过程易受噪声的影响，检测的鲁棒性还有待提高。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种激光拼焊待焊件图像中曲线边缘亚像素检测方法，具有可靠性高，鲁棒性好的特点。

为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种激光拼焊待焊件图像中曲线边缘亚像素检测方法，具体包括如下步骤：

第一步，用像素级边缘点拟合曲线：待焊件图像高斯滤波后，应用sobel算子求像素级边缘点。取像素级边缘点(ik,jk)，以(ik,jk)的中心为坐标原点o，以水平方向为横坐标x、以竖直方向为纵坐标y建立坐标系。取4个相邻像素级边缘点并拟合曲线，拟合的曲线用lk表示，其表达式为y＝ak+bkx+ckx²。可得到曲线lk的系数(ak,bk,ck)；

曲线沿坐标系的y轴平移t，则平移后的曲线lkt为：

y+t＝ak+bkx+ckx²

第二步，计算曲线平移量：以像素级边缘点(ik,jk)为中心取5╳5范围内像素，各像素的灰度值用f(ik,jk)表示；曲线lkt将选定的5╳5范围内像素分成两个区域，区域内灰度值相同，分别用w1和w2表示；单个像素为正方形其单边长度表示为l，5╳5范围内各列像素的灰度值用s1、s2、s3、s4和s5表示；曲线lk下各列的面积用k1、k2、k3、k4、k5表示；

第三步，计算亚像素边缘：在以(ik,jk)所在像素为中心建立的坐标系中，像素灰度重心坐标用(ikh,jkh)表示。

进一步的，第二步步骤中：

则：

以像素级边缘点(ik,jk)为中心的5╳5范围内，曲线lk下的面积用k表示，则：

令像素长度l＝1，则：

则：

w1和w2用相邻区域内像素灰度值计算，当灰度重心位于第一、三象限时，计算公式如下：

当灰度重心位于第二、四象限时，计算公式如下：

进一步的，第三步骤中(ikh,jkh)为：

坐标原点o与灰度重心(ikh,jkh)的连线用lh表示，则直线lh与曲线lk的交点为像素级边缘点(ik,jk)对应的亚像素边缘点。

进一步的，上述方法是在激光拼焊视觉检测系统中实施的，该系统包括激光头、工业ccd相机。所述激光头在焊接过程中会发出激光束；激光头安装在数控机床或多自由度机器人手臂上，工业ccd相机安装在焊接头上，与激光头同步运动。

本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：将图像中待焊件图像中曲线边缘位置的求解转化为以像素级边缘点为中心矩形区域内理想曲线的求解。理想曲线分矩形像素区域为两个内部灰度值相同的部分，利用矩形区域内灰度重心和像素灰度值求理想曲线的参数，像素级边缘点的中心和矩形区域灰度值重心连线与理想曲线交点为亚像素边缘点。该方法具有计算用矩形区域选取简便，计算过程稳定快速的特点。

附图说明

图1为以(ik,jk)为中心5╳5像素区域和理想曲线图；

图2为亚像素边缘计算流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：以此为例对本申请做进一步的描述说明。

实施例1

本实施例提供一种激光拼焊待焊件图像中曲线边缘亚像素检测方法。该方法所用焊接头安装在数控机床上。工业ccd相机安装在焊接头上，且与焊接头同步运动。利用sobel边缘检测算法求得图像中待焊件像素级边缘点(ik,jk)，k＝1,2,…n(n为像素级边缘点的数目)。取像素级边缘点(ik,jk)，求其对应的亚像素边缘点的具体步骤如下：

第一步，用像素级边缘点拟合曲线

以像素级边缘点(ik,jk)的中心为坐标原点o，以水平方向为x轴、以竖直方向为y轴建立坐标系。另取4个相邻像素级边缘点并拟合二次曲线lk，其表达式为y＝ak+bkx+ckx²，求得曲线lk的系数(ak,bk,ck)；

曲线沿坐标系的y轴平移t，则平移后的曲线lkt为：

y+t＝ak+bkx+ckx²

第二步，曲线平移量的计算

以像素级边缘点(ik,jk)为中心取5╳5范围内像素，各像素的灰度值用f(ik,jk)表示。曲线lkt将选定的5╳5范围内像素分成两个区域，区域内灰度值相同，分别用w1和w2表示，如图1所示。单个像素为正方形其单边长度表示为l(可令l＝1)，以像素级边缘点(ik,jk)为中心5╳5范围内各列的灰度值用s1、s2、s3、s4和s5表示；曲线lk下从左到右各列的面积用k1、k2、k3、k4、k5表示。则：

则：

以像素级边缘点(ik,jk)为中心5╳5范围内，曲线下的面积用k表示，则：

由于像素长度l＝1，则：

则：

w1和w2可用相邻区域内像素灰度值计算，当灰度重心位于第一、三象限时，计算公式如下：

当灰度重心位于第二、四象限时，计算公式如下：

第三步，亚像素边缘的计算

在以像素(ik,jk)的中心为原点建立的坐标系中，5╳5范围内像素灰度重心坐标用(ikh,jkh)表示，则(ikh,jkh)为：

坐标原点o与灰度重心(ikh,jkh)的连线用lh表示，直线lh与曲线lk的交点为像素级边缘点(ik,jk)对应的亚像素级边缘点。计算亚像素边缘点的流程图，如图2所示。

依次选取各像素级边缘点，重复以上步骤可得各像素级边缘点对应的亚像素边缘位置。

以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。