棒材的质心定位方法及终端设备技术

本发明专利技术涉及一种棒材的质心定位方法及终端设备，该方法，包括获取棒材的截面图像I；根据截面图像I，获取截面图像的阈值分割图像I

Centroid positioning method and terminal equipment of bar

【技术实现步骤摘要】
棒材的质心定位方法及终端设备
本专利技术涉及自动控制领域，特别是涉及一种棒材的质心定位方法及终端设备。
技术介绍
在现代工业制造领域中，随着自动控制技术和工业智能化的不断发展，越来越多的传统人工操作项目被智能化的自动控制系统所取代。以机械加工中的焊接工艺为例，传统人工焊接因自身具备伤害性大、危险性高、人工成本贵、效率低、且焊接能力不一、难于统一标准等缺点，已逐渐被机器人焊接所取代，不仅降低了员工危险性和生产成本，也提高了产品质量，创造了可观的经济效益。但是，在机器人焊接时（例如，钢厂生产的钢筋出厂前，需要对成捆的钢筋焊接特定标牌），由于钢筋叠放的对齐程度、捆扎大小、颜色差异、切面斜角等自身差异以及阳光照射、明暗不一等外界环境因素等各种各样的原因，难以准确定位到钢筋的质心位置，使得机器人自动化焊接的操作难以实现，或者说难以准确实现，这就对如何准确快速的定位钢筋等棒材的质心提出了更高的要求。
技术实现思路
基于此，有必要针对钢筋等棒材的质心难以准确快速定位的问题，提供一种棒材的质心定位方法、系统和终端设备。一种棒材的质心定位方法，包括步骤：S1：获取棒材的截面图像I；S2：根据截面图像I，获取截面图像的阈值分割图像I1；S3：采用区域均值漂移聚类法，处理阈值分割图像I1，定位棒材的质心。优选的，步骤S3包括：S3a：在阈值分割图像I1中，选定n个初始种子点P(xm,ym)；S3b：设置m的初始值等于1；S3c：计算初始种子点P(xm,ym)的作用域范围内的图像的质心S(xm,ym)；S3d：判断初始种子点P(xm,ym)的位置与图像的质心S(xm,ym)的位置是否相同；S3e：若不同，则移动初始种子点P(xm,ym)的位置至图像的质心S(xm,ym)的位置，并设置初始种子点P(xm,ym)的活性参数W(m)=1；S3f：若相同，则设置初始种子点P(xm,ym)的活性参数W(m)=0；S3g：判断m＝n是否成立，若不成立则设置m=m+1，返回步骤S3c；S3h：若成立，则统计活性参数W(m)=1所对应的初始种子点P(xm,ym)的个数num，判定个数num是否大于0；若个数num大于0，则返回步骤S3b；S3i：若个数num不大于0，则定位当前初始种子点P(xm,ym)的位置为棒材的质心。进一步优选的，步骤S3a包括：S3a1：在阈值分割图像I1中，以阈值分割图像I1的任意一角为坐标原点，给定行方向步长为h，列方向步长为w，生成网格；S3a2：选定网格的n个节点为初始种子点P(xm,ym)。进一步优选的，相邻初始种子点P(xm,ym)的欧式距离D小于棒材的半径的1/2。进一步优选的，步骤S3c包括：S3c1：在边长为2r+1的黑图像上，以黑图像的中心点为圆心，取半径为r的圆，生成模板图像；S3c2：以初始种子点P(xm,ym)的位置为中心，取边长为2r+1的矩形，生成初始种子点P(xm,ym)的感兴趣区域子图；S3c3：将模板图像与初始种子点P(xm,ym)的感兴趣区域子图取与运算，得到初始种子点P(xm,ym)的作用域子图；S3c4：在初始种子点P(xm,ym)的作用域子图中，根据公式（1），（1）计算初始种子点P(xm,ym)的作用域范围内的图像的质心S(xm,ym);其中，在表征灰度值为0的像素点时，等于0，在表征灰度值为非0的像素点时，等于1。进一步优选的，步骤S3i优选为，在确定个数num不大于0之后，先执行步骤S3i1、S3i2、S3i3中的至少一个，再定位经步骤S3i1、S3i2、S3i3中的至少一个处理后的初始种子点的位置为棒材的质心；S3i1：具体为删除重复的初始种子点P(xm,ym)；S3i2：具体为统计初始种子点P(xm,ym)的作用域范围内的非零元个数N，在非零元个数N小于第一阈值时，删除对应的初始种子点P(xm,ym)；S3i3：具体为统计相邻两个初始种子点的欧式距离D，在欧式距离D小于第二阈值时，取相邻两个初始种子点的中点为一个新的初始种子点。进一步优选的，步骤S2包括：S2a：提取截面图像I的每个像素点(x,y)的灰度值G(x,y)；S2b：生成灰度值统计函数C(v)；S2c：给定分割比δ，计算得到满足公式（2）的j的最小值为分割阈值g；（2）S2d：使用分割阈值g，对截面图像I进行阈值分割，得到阈值分割图像I1。其中，0≤x≤H，H代表截面图像I的高；0≤y≤W，W代表截面图像I的宽；(x,y)代表截面图像I的像素点；G(x,y)代表截面图像I的像素点(x,y)的灰度值；C(v)代表在截面图像I中，灰度值G(x,y)等于v的像素点(x,y)的个数；0≤δ≤1。进一步优选的，步骤S2还包括：S2e:对阈值分割图像I1进行形态学区域填充，获取更新的阈值分割图像I1。进一步优选的，计时步骤S3的运行时间T，当运行时间T超过第三阈值时，终止质心定位。一种棒材的质心定位系统，包括：获取模块，用于获取棒材的截面图像I；图像处理模块，用于根据截面图像I，获取截面图像的阈值分割图像I1；质心定位模块，用于采用区域均值漂移聚类法，处理阈值分割图像I1，定位棒材的质心。本专利技术的棒材的质心定位方法，首先获取截面图像I（图2）的阈值分割图像I1（图3），有效排除钢筋因自身叠放的对齐程度、捆扎大小、颜色差异、切面斜角等自身差异以及阳光照射、明暗不一等外界环境因素等各种各样的原因，难以克服钢筋截面可能发生粘连，无法使用简单的区域分割方法进行处理的问题，具有强鲁棒性，接着再在阈值分割图像I1（图3）中，采用区域均值漂移聚类法，求取真实的质心位置（图4所示），提高了质心定位的准确性和快速性。进一步的，以视觉引导机器人焊接钢筋端面标牌为例，在本专利技术质心定位方法指导下，能在钢筋的截面图像中准确找出钢筋端面质心的位置，再通过2维图像坐标向3维空间物理坐标转换，实现目标位置的引导，为全智能化焊接提供强力支撑。值得注意的，本专利技术的质心定位方法，一方面仅以钢筋作为棒材的可选示例，但该选材示例并不唯一；另一方面，仅以钢筋焊接标牌作为其应用范围的可选示例，该应用范围示例也并不唯一，还可应用于需要定位棒材质心的其它领域，如成捆棒材的计数等。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的质心定位方法的一个实施例的流程图；图2为本专利技术的钢筋截面图像I的示例图；图3为本专利技术的钢筋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种棒材的质心定位方法，其特征在于，包括步骤：/nS1：获取棒材的截面图像I；/nS2：根据截面图像I，获取截面图像的阈值分割图像I

【技术特征摘要】
1.一种棒材的质心定位方法，其特征在于，包括步骤：
S1：获取棒材的截面图像I；
S2：根据截面图像I，获取截面图像的阈值分割图像I1；
S3：采用区域均值漂移聚类法，处理阈值分割图像I1，定位棒材的质心；
其中，所述的步骤S3包括：
S3a：在阈值分割图像I1中，选定n个初始种子点P(xm,ym)；
S3b：设置m的初始值等于1；
S3c：计算初始种子点P(xm,ym)的作用域范围内的图像的质心S(xm,ym)；
S3d：判断初始种子点P(xm,ym)的位置与图像的质心S(xm,ym)的位置是否相同；
S3e：若不同，则移动初始种子点P(xm,ym)的位置至图像的质心S(xm,ym)的位置，并设置初始种子点P(xm,ym)的活性参数W(m)=1；
S3f：若相同，则设置初始种子点P(xm,ym)的活性参数W(m)=0；
S3g：判断m＝n是否成立，若不成立则设置m=m+1，返回步骤S3c；
S3h：若成立，则统计活性参数W(m)=1所对应的初始种子点P(xm,ym)的个数num，判定个数num是否大于0；若个数num大于0，则返回步骤S3b；
S3i：若个数num不大于0，则定位当前初始种子点P(xm,ym)的位置为棒材的质心。


2.根据权利要求1所述的质心定位方法，其特征在于，步骤S3a包括：
S3a1：在阈值分割图像I1中，以阈值分割图像I1的任意一角为坐标原点，给定行方向步长为h，列方向步长为w，生成网格；
S3a2：选定网格的n个节点为初始种子点P(xm,ym)。


3.根据权利要求2所述的质心定位方法，其特征在于，相邻初始种子点P(xm,ym)的欧式距离D小于棒材的半径的1/2。


4.根据权利要求1所述的质心定位方法，其特征在于，步骤S3c包括：
S3c1：在边长为2r+1的黑图像上，以黑图像的中心点为圆心，取半径为r的圆，生成模板图像；
S3c2：以初始种子点P(xm,ym)的位置为中心，取边长为2r+1的矩形，生成初始种子点P(xm,ym)的感兴趣区域子图；
S3c3：将模板图像与初始种子点P(xm,ym)的感兴趣区域子图取与运算，得到初始种子点P(xm,ym)的作用域子图；
S3c4：在初始种子点P(xm,ym)的作用域子图中，根据公式（1）
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【专利技术属性】
技术研发人员：张耀，刘仁明，张晓琳，
申请(专利权)人：长沙海贝智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43