闭环的图像比较系统技术方案

本发明专利技术公开了一种闭环的图像比较系统，包括：图像采集装置、基准图像存储装置、图像比较装置、基准图像排序／选择执行装置、学习／预估装置等，该系统读取基准图像和比较图像，并根据基准图像和比较图像之间的差异性度量执行图像比较；以及根据过去的比较结果样本估计或隐含估计未来位姿误差的概率，在设定的情况下追加基准图像后对基准图像进行排序，并从基准图像存储装置中选择基准图像提供给图像比较装置，以实现在对象位姿存在较大变化的情况下，不获取准确的检测对象的位姿和形变模型等数据即可实现快速精确的图像比较。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种图象处理技术，尤其涉及一种闭环的图像比较系统。
技术介绍
在工业生产中，图像比较系统能实时检测设备或者产品(下面统称为对象)的外 观是否存在异常，提高自动化程度。图像比较系统首先拍摄并存储已知无异常对象(称为 基准对像)的图像(下面称为基准图像)，然后拍摄待确认对象(下面称为比较对象)得到 比较图像，再用比较图像与基准图像进行比较，如果比较图像与基准图像差异小(下文称 命中)，则比较对象与基准对象为同类，也就是说比较对象无异常，否则比较对象与基准对 象为异类，也就是说比较对象异常。其中图像比较的依据的差异性度量通常是图像样本的 距离或夹角。当样本距离或夹角小于指定阈值，则图像比较系统判定比较对象和基准对象 为同类，否则判定为异类。对象位姿变化不大时，上述图像差异性度量即可为图像比较提供 可靠的依据。当对象位姿发生较大变化时，上述图像距离比较系统面临复杂的图像形变问 题。这种形变来自于透视变换和镜头畸变等诸多因素。处理好上述形变问题通常需要准 确获得对象位姿与形变模型，而这二者皆难获取。在应对图像形变问题时，传统的图像 比较系统(中国专利公开CN 1565000A、CN 1871622B和CN 101777129A，日本专利公开 JP2000-322577、JP2002-024830和JP2003-058896)通常需要使用比较图像产生装置或基 准图像产生装置。中国专利公开CN 1565000A所述的基准图像选择装置82还要求先获取 对象的三维信息(包含对象位姿信息)。比较图像产生装置和基准图像 产生装置需要获取 准确的检测对象的位姿和形变模型。位姿的获取通常需要精密测量设备，这将带来成本的 增加；形变模型包含复杂的透视模型和镜头畸变模型，难以获取。比较图像产生和基准图像 产生本身需要较大的时间开销，且容易带来数值运算误差。在现实世界中，以下假设通常成立1，对于比较对象是否与基准对象为同类的问题，人工判定结果总是正确的，2，位姿的随机误差在误差区间内不服从均勻分布，3，除非有突发事件，位姿的系统误差变化缓慢。假设1就是说图像比较系统判定的正确性总是可以由人工判定结果来检验，这要 求实施人工判定的操作人员具备足够的背景知识。假设2就是说在误差区间内，有的误差 出现的概率高，有的误差出现的概率低，图2是一个位姿误差概率密度分布示意图，图中阴 影区间对应的误差出现的概率较高。例如工业设备现场中，被检测对像通常受机电设备的 控制，其位姿误差往往直接或者间接来自于齿轮或丝杆等传动装置的误差，也可能来自伺 服马达或者液压缸驱动马达的误差。文献(齿轮系统传动误差的蒙特卡洛模拟分析，仪器 仪表学报.200425 (4)陈文华等)指出齿轮系统中各项误差具有不同概率分布规律的特点。 步进马达失步带来误差通常靠近与失步步数有关的离散值。由此推断，下一次出现的误差 更大可能靠近过去较多出现的误差。如图2所示，下一次出现的误差更大可能落在阴影部分所在误差区间。由假设3进一步推论，除非有突发事件，位姿误差序列具有强的自相关 性，下一次的位姿误差更大概率地靠近新近出现的位姿误差。基于以上假设，将过去的位姿误差进行统计，可以预测基准图像在下一次比较中 命中的概率。本文并非断言上述两条假设在所有的应用场合成立。但是认为其在部分场合 下是成立的，本文叙述的专利技术适用于上述假设成立的场合。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种闭环的图像比较系统，用以在对象位姿存在较大变化 的情况下，不获取准确的检测对象的位姿和形变模型等数据即可实现快速精确的图像比较。在处理大位姿误差情况下的图像比较问题时，传统的图像比较系统和方法通常需 要使用比较图像产生装置、基准图像产生装置和(或)基于对像三维信息的基准图像选择 装置，这些装置通常需要获取对象位姿和形变模型。传统的图像比较系统和方法存在以下 缺陷1，需要获取精确的对象位姿数据，2，需要建立描述图像形变与位姿误差映射关系的数学模型，即形变模型，3，图像比较的结果容易受对象位姿数据和形变模型的误差影响，4，比较图像或基准图像产生过程的时间开销大，且容易带来数值误差。本专利技术所提出的一种闭环图像比较系统，其包括图像采集装置，用于采集需要进行比较的图像；基准图像存储装置，用于存储至少一个基准图像；图像比较装置，包含计算装置，用于读取基准图像和比较图像，并根据基准图像和 比较图像之间的差异性度量执行图像比较；基准图像排序/选择执行装置，用于执行对基准图像的排序，并从基准图像存储 装置中选择基准图像提供给图像比较装置；学习/预估装置，用于根据过去的比较结果样本估计或隐含估计未来位姿误差的 概率，在此基础上，若误报事件发生，则执行操作A-C之一A，将最新比较图像追加为基准图像并存储到基准图像存储装置，然后对基准图像 的排序进行决策，基准图像排序/选择执行装置在此决策下对基准图像队列实施排序，B，根据比较结果样本数据，人工判定是否需要追加基准图像，若人工判定操作得 出需要追加基准图像的结论，则执行操作A，C，根据比较结果样本数据，人工判定是否不需要追加基准图像，包含人工无法判 定的情况在内，若人工判定操作未得出不需要追加基准图像的结论，则执行操作A。 上述步骤A-C的选择建立在实施者对以下因素的综合考虑操作员培训成本、开 发成本、图像比较准确度和操作员的操作习惯等等。操作B和操作C对操作员的背景知识 有更高的要求。在具体的计算机程序中，也可以将此选择的权利以软件菜单的方法授权给 操作员，这样的话，操作员可以选择一个最合适的操作方式满足自己的需求。上述系统在逻辑意义上包含上述装置，这些装置在物理构成上可以归属于同一个 计算机或同一个数字信号处理电路或者同一个集成电路芯片，这种物理构成上的重叠不影响上述装置在逻辑意义上的独立性和存在性。因为同一个物理意义上的装置在不同的时刻 有可能充当逻辑意义上的不同装置的角色。例如，同一个微处理器先后执行基准图像排序 和距离比较两种操作的计算，这也改变不了图像比较装置和学习/预估装置的逻辑意义上 的独立性和存在性。若操作中涉及到从一个装置传输数据到另外一个装置，而这些装置在 物理构成上为相同装置，则将该传输操作理解为空操作或者数据存储操作。上述图像采集装置的物理构成通常是数字摄像机，或者摄像机与图像采集卡的组 合，所述图像采集装置通过数字通信方式传送到计算机或者具有图像处理能力的数字逻辑 电路，其中数字通信方式是计算机总线或者计算机网络中的一种；上述摄像机通常使用CMOS图像传感器、CXD图像传感器或者热成像图像传感器， 所述摄像机的镜头使用液态或固态的光学透镜或透镜组。所述基准图像存储装置，通常是磁性介质、光介质或者半导体介质存储器中的一 种，并且是掉电易失性和掉电非易失性存储器中的一种；所述图像存储器通常通过计算机总线与处理器进行连接，或者通过计算机网络连接。所述闭环图像比较系统使用一种闭环图像比较方法，该方法包括以下步骤a，采集比 较图像；b，按照基准图像次序，依次选择基准图像；C，依次执行所选基准图像与比较图像的基于差异性度量的图像比较；d，根据过去的比较结果样本估计或隐含估计未来位姿误差的概率，在此基础上， 若误报事件发生，则执行以下步骤之一e，追加基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种闭环的图像比较系统，其特征在于包括：图像采集装置，用于采集需要进行比较的图像；基准图像存储装置，用于存储至少一个基准图像；图像比较装置，包含计算装置，用于读取基准图像和比较图像，并根据基准图像和比较图像之间的差异性度量执行图像比较；基准图像排序／选择执行装置，用于执行对基准图像的排序，并从基准图像存储装置中选择基准图像提供给图像比较装置；学习／预估装置，用于根据过去的比较结果样本估计或隐含估计未来位姿误差的概率，在此基础上，若没有图像命中且人工判定比较对象和基准对象为同类，即误报事件发生，则执行操作Ａ－Ｃ之一：Ａ，将最新比较图像追加为基准图像并存储到基准图像存储装置，然后对基准图像的排序进行决策，基准图像排序／选择执行装置在此决策下对基准图像队列实施排序，Ｂ，根据比较结果样本数据，人工判定是否需要追加基准图像，若人工判定操作得出需要追加基准图像的结论，则执行操作Ａ，Ｃ，根据比较结果样本数据，人工判定是否不需要追加基准图像，包含人工无法判定的情况在内，若人工判定操作未得出不需要追加基准图像的结论，则执行操作Ａ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓峰，
申请(专利权)人：黄晓峰，
类型：发明
国别省市：94