机器人视觉定位的图像处理

1、计算技术与自动化Computing Technology and Automation第23卷第1期20 04年3月Vol. 23 No 1Mar. 2 00 4:1003 6199(2004)01 0074 - 03彭惠青，李海燕(汕头大学 机电工程系，广东汕头515063):在机器人视觉定位系统中，图像处理是核心部分，本文针对实际的目标图像通 过对其进行图像预处理再经边缘检测和应用最小二乘法求得定位点的坐标和相对偏转角 度获得图像定位的信息。经验证符合设计要求达到了实际应用的准确度。:最小二乘法:图像定位:边缘检测:TP317.4:ARobot Visual Orientation Ima

2、ge ProcessingPEN G Hui-qing .LI Hai-yan(Dq)artn)ent of Mechamrelectfvnic Engineering , Shantou Uni versit y Shantou 515063 Cliina)Abstract: I mage pmcessing is the nx)st important part in the visual orientation system of the robo I. In this paper , the practical object image is inputted and dealt wi

3、th Through checking the edge of image and applying the least square method , we achieve the relate deflection angle The result of this design accords with the practical request.Key swords deast square method :image localization :edge checking© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publish

4、ing House. All rights reserved, 计算技术与自动化Computing Technology and Automation第23卷第1期20 04年3月Vol. 23 No 1Mar. 2 00 4© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 计算技术与自动化Computing Technology and Automation第23卷第1期20 04年3月Vol. 23 No 1Mar. 2 00 4由于人眼的易疲劳性、人的惰性特别

5、是根据 生产自动化的要求必然需要一种有效工具，以弥 补以上的缺陷及满足上述要求。机器人视觉系统 可以有效地解决这类问题。其核心部分是图像处 理它是对获得的目标图像进行预处理，改善图像 的质量及性噪比并进行图像的识别和定位。因 此对目标图像的图像处理成为机器人视觉定位系 统的关键一步。22. 1在机器人的视觉定位过程中，当用摄像机录入 一张要处理的因片时往往由干光源照度的不均 匀.使得录入图像背景的灰度不均匀因此.在对图 像二值化处理时为了达到最佳效果就要求对图 像进行分块处理。在对图像每块进行二值化处理 之前，必须为其提供一个阈值而阈值的给出必须 通过图像的灰度直方图上的谷点来确定。在本设 计

6、中根据原始图像如图1 依次对图像在垂直方 向分成了二块、三块和四块来分别进行二值化处 理。为了方便说明问题.在此先给出了整幅图像的 灰度直方统计图，如图2。根据图2，本文首先做出了分两块和三块进行 图像二值化处理，得到了图3和图4。由图3.4可 见，分两部分二值化处理和分三部分二值化的效果 还不够理想难以达到最后图像定位处理所要的图 像质量。因此对其分四部分，四部分进行二值化处 理。在给出分四部分二值化处理的图形之前，必须© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserve

7、d, 计算技术与自动化Computing Technology and Automation第23卷第1期20 04年3月Vol. 23 No 1Mar. 2 00 4© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 计算技术与自动化Computing Technology and Automation第23卷第1期20 04年3月Vol. 23 No 1Mar. 2 00 4:2003 - 10- 20:彭惠書（1977 T .男江西莲花人硕士研究生研究方向：智能

8、控制.© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第23卷第1期彭惠青等:机器人视觉定位的图像处理75© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 第23卷第1期彭惠青等:机器人视觉定位的图像处理75先求出每部分的灰度直方图如图5 .6 J $所示。0175.5220255图1原始图像0175.5220225图2整幅图像的灰度直

9、方统计图图3分两部分二值化处理图像图4分三部分二值化处理图像图7图像第三块的灰度直方图图8图像第四块的灰度直方图由上面所给的灰度直方图中，可得图像分四块 二值化处理的最佳阈值分别为：thresh 1 = 220,© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 76计算技术与自动化2004年3月thresh2 = 220 , thresh3 = 202 , thresh4 = 179 0 (注： 编写的程序中阈值的变量名为thresh)由以上所确定的阈值来对图像进行

10、二值化处 理可得图9。示的两条直线的交点(113.166) 0(5)在直线Yi上另取一.与上一步所求的交点, 利用公式t=(Yi- Y2)/(XXs)可得所要求的角 度0。如图10所示的图形其角度6为63.47度。1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 76计算技术与自动化2004年3月1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 76计算技术与自动化

11、2004年3月图9分四部分二值化处理图像图10。为63.47度的图形1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 76计算技术与自动化2004年3月通过图3、图4、图9的对比.明显可见对目标 图像分四部分进行处理可得到较理想的效果。2.2这部分所做的图形定位工作是本文的主要内 容。所要求定位的图形是上面分四部分二值化处 理后所得的图形如图9。本文最终目的是要求找 出图10中两直线的交点和其中一条直线与纵轴的 夹角6 把这些信息通过接口电路输出以此来操 纵机器工作.实现定位。在

12、编写实现定位的程序之 前先建立数学模型，从中找出最佳定位方案。实 现定位的程序的主要思路如下：(1) 把图像的像点读入到一个二维数组，然后 对图像进行行列扫描。(2) 实现对图像的边缘检测时当其有两对边 缘点距离近似相等时即为所要检测的边缘点并 由其相邻的内两点的中点作为待求直线上的点的 估值。(3) 因为所得的点是离散的有误差，所以必须 把满足条件的点通过最小二乘法来拟合以求出我 们所要求的两条直线丫-丫2。(注:直线方程y二 ax+b.如果a、b参数确定直线方程就确定。在 此本文分别求出了两条直线的四个参数A、B、C、 D)所得结果见图1()所示的两条相交直线。(4) 求两条直线的交点的坐标.因为这时Yi = Y2 = 丫3 , X】=X： = X3 ,所以利用方程组上谡損即可解出两宜线的交点°如图10所图11旋转后的图形为了验证所得结果的正确性把原图旋转通过 上述所求得的角度6来验证，所得的结果如图11。 从而证明了本文的思路及所編写的程序是相当正 确的。11 1徐士良计算机常用算法 '们北京:清华大学