一种基于180°旋转算子的标定角点检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及表面贴装设备中的图像处理领域，特别涉及一种基于180°旋转算子 进行快速精确检测摄像机标定中的角点的方法。
【背景技术】
[0002] 摄像机标定是机器视觉和图像处理中的重要组成部分，其精度在很多情况下决定 了整个三维测量系统的性能。在精密电子制造系列装备中，表面贴装设备是用来对PCB进 行元器件贴装的设备。因此，装备系统精确度的重要性是不言而喻的。一般情况下，是利用 棋盘格图像作为标定图像，其中的角点就是图像亮度变化与邻点变化程度相差很大的点。 角点检测是摄像机标定的重要环节。通过提取图像上的角点位置信息，可以确定三维测量 系统中，三维物体的每一点的信息在像平面坐标与空间坐标系之间的关系，从而得到摄像 机的内外参数，进而确定其空间位置。
[0003] 摄像机标定的途径是根据摄像机模型，由已知特征点的图像坐标求解摄像机的模 型参数。图像中每点像素都是通过透射投影方式得到的，对应于光学中心与场景点形成的 一条射线，如何确定这条射线在场景坐标系中的方程就是摄像机标定所要解决的问题。在 标定过程中，需要确定摄像机的内部参数和外部参数。在三维测量系统中，根据射影几何以 及摄像机针孔模型，推算出场景世界坐标系与像素坐标系间的变换关系的公式如下。
[0004]
【主权项】
1. 一种基于180°旋转算子的标定角点检测方法，其特征在于，包括下述步骤： (1) 获取待处理的标定图像I :在三维测量系统中，将标定块放置于固定位置，调节好 光源的亮度，通过摄影机拍摄得到标定图像； (2) 判断灰度变化度Zl :对图像上各点I (i，j)进行逐一扫描，建立以像素点I (i，j)为 中心的大小为nXn的正方形旋转算子模板W，利用求取灰度均方差的方法来计算算子模板 内图像的平坦情况，即灰度变化度Zl ; (3) 判断180°旋转重合度Ζ2 :判断灰度变化度Zl并提取出边缘及角点所在区域之 后，对于符合条件的像素点I (i，j)，计算其旋转算子模板W中黑白灰度比例，进行有需要的 黑白灰度对换，产生新的模板，在这个新的模板上再进行重合度函数计算，即对旋转算子模 板W进行180°旋转后，得到旋转模板W0,求取两者的差值矩阵中各元素的绝对值之和的均 值Z2 ; (4) 提取图像的角点：由旋转算子模板判断灰度变化度Zl和旋转重合度Z2之后，获取 出每处角点所在区域的连通域，内重合度最高的点，即为图像的角点。
2. 根据权利要求1所述的基于180°旋转算子的标定角点检测方法，其特征在于，步骤 (1)在利用旋转算子处理之前，首先对图像叠加模板为5X 5,宽度为1的二维高斯滤波器， 滤除杂质噪声。
3. 根据权利要求2所述的基于180°旋转算子的标定角点检测方法，其特征在于，所述 二维高斯滤波器的函数g(i，j)
，其中fl为模板中心（开二(《+1)/2)， σ为宽度，也即平滑程度。
4. 根据权利要求1所述的基于180°旋转算子的标定角点检测方法，其特征在于，步骤 (1) 中，所述三维测量系统包括一个投影仪、一个摄像机装置以及一个标定块。
5. 根据权利要求1所述的基于180°旋转算子的标定角点检测方法，其特征在于，步骤 (2) 中，计算灰度变化程度Zl的均方差函数Z1 (i，j)，为：
式中，?:为模板W中像素的灰度平均值，η为窗口 W的宽度。
6. 根据权利要求5所述的基于180°旋转算子的标定角点检测方法，其特征在于，步骤 ⑶中，判断灰度变化程度Zl是否满足预设阈值Tl，选择阈值Tl为0. 1，判断Z1 (i，j)是否 满足Z1 (i，j) >T1，若能够满足，则证明以当前像素点I (i，j)为中心的旋转算子模板处于边 缘点或角点位置而非平坦区域，其灰度变化较大，继续计算其重合度函数值Z2进行处理； 若不能满足，无需处理，跳过。
7. 根据权利要求1所述的基于180°旋转算子的标定角点检测方法，其特征在于，步骤 (3) 中，计算180°旋转重合度Z2之前，判断黑白灰度比例，模板总面积S = ηΧη，白色部分 面积为S1，选择预设阈值e = (ηΧη_1)/2,，则占面积比a = S1/S，
其中f (i，j)为黑白灰度对换后的旋转算子模板。
8. 根据权利要求1所述的基于180°旋转算子的标定角点检测方法，其特征在于，计算 180°旋转重合度Z2的函数Z2 (i，j)，
式中，η为窗 口 W的宽度，（X，y)为窗口内的移动点，I (i-x，j+y)是I (i+x，j-y)点以I (i，j)为中心旋转 180°后的对应点。
9. 根据权利要求1所述的基于180°旋转算子的标定角点检测方法，其特征在于，判 断旋转重合度Z2是否满足预设阈值T2,选择阈值T2不超过0. 1，判断Z2 (i，j)是否满足 Z2(i，j)>T2,若能够满足，则证明当前像素点I(i，j)为中心的旋转算子模板的对称性足够， 重合度较高，像素点I(i，j)处于角点区域位置，可以精确提取出其位置，反之则无需处理， 跳过。
10. 根据权利要求1所述的基于180°旋转算子的标定角点检测方法，其特征在于，由 步骤（2)所得的Z1(^j)和步骤（3)所得的Z 2(i，j)，得到角点所处近似模糊的区域，利用 八邻域获取出连通域，再叠加判断算法筛选出连通域内重合度值Z2最高的点，即为图像的 角点。
【专利摘要】本发明公开了一种基于180°旋转算子的标定角点检测方法，包括下述步骤：(1)获取待处理的标定图像I，(2)判断灰度变化度Z1；(3)判断180°旋转重合度Z2；(4)提取图像的角点。本发明在摄像机标定过程中，根据标定块三个面的棋盘格角点周围图案的旋转对称性，设计出一种基于180°旋转算子的模板，实现对标定块角点的高效检测。通过实验数据及结果分析，该方法对角点检测具有很高的精确性和稳定性，不仅能够适用于一般的标定板图像，也适用于多个面的标定块图像，对于有一定倾斜度和畸变的标定图像同样有较好的效果。
【IPC分类】G06T7-00
【公开号】CN104751458
【申请号】CN201510127733
【发明人】杜娟, 陈雅, 胡跃明
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月23日