十字绣绣针定位视觉系统及自动编针研究

摘要

随着十字绣市场需求的增长，机器十字绣取代人工十字绣，成为十字绣行业发展的必然趋势。电脑绣花机在十字绣工业化过程中一直承担着主要的角色。现如今，十字绣行业的发展对电脑绣花机制作十字绣的自动化和智能化水平以及刺绣产品的高质量化提出了更高的要求,而花样制版技术发展对这种要求的满足起着决定性的作用。本文根据国内十字花样制版技术的现状和现有机器十字绣品质量存在的诸多问题，将机器视觉技术用于十字绣绣布的针孔定位，并对十字绣绣谱提取和自动编针方法进行研究，以达到提高十字绣行业的自动化和智能化水平、改善绣品质量的目标。
　　首先，针对机器十字绣成品中针脚与布孔不能对齐的质量问题，提出采用机器视觉对绣布进行针孔辨识，然后引导绣针定位来改善十字绣品的质量。完成了机器视觉的设备选型，搭建了机器视觉硬件平台，并对视觉系统的标定算法进行了研究。
　　其次，对绣布采集图像的预处理算法进行研究。针对布孔辨识的特殊要求，重点研究了提取绣布布孔中心坐标的图像处理方法和步骤，并通过实验进行了验证。实验结果表明，该方法可以获得比较准确的辨识结果，绣布针孔的辨识误差小于0.2mm。
　　第三，针对十字花样自动制版的要求，提出以十字绣绣谱做信息导向的制版方法，重点研究了将普通图片转化成十字绣绣谱的方法。实验证明，该方法能够提取出较为理想的十字绣绣谱，满足自动编针的信息导向要求。
　　最后，基于机器视觉所获得的绣布网格信息，研究了十字绣绣谱的十字针迹路径规划（即自动编针）的方法。提出以色块为单位进行路径规划的原则，由此将路径规划分为色块间路径规划和色块内路径规划两个阶段，色块内路径规划运用图算法进行十字针迹路径搜索来完成。对于色块间路径规划，则根据绣制工艺要求和最短路径的原则来确定各色块的绣制顺序和绣制起点。实验证明，上述算法能够针对机器视觉所获取的绣布网格信息，将绣谱转化成十字绣针迹，满足机器十字绣的要求。

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摘 要

ABSTRACT

目 录

Contents

1 绪 论

1.1 课题的背景及研究意义

1.2 十字绣机器发展现状

1.2.1 电脑绣花机

1.2.2 十字绣机器人

1.3 主要研究内容及章节安排

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 章节安排

2 整体方案分析与设计

2.1 引言

2.2 电脑绣花机工作过程分析

2.3 机器视觉工作方式分析

2.4 编针方案总体设计

2.5 小结

3 机器视觉系统设计

3.1 引言

3.2 机器视觉系统的硬件选型

3.2.1 工业相机的选型

3.2.2 镜头的选型

3.2.3 光源的选型

3.2.4 机器视觉系统实验平台

3.3 摄像机标定算法设计

3.3.1 OpenCV中摄像机模型

3.3.2 OpenCV中相机标定参数提取

3.3.3 摄像机标定过程

3.3.4 坐标变换

3.3 小结

4 绣布图像预处理

4.1 引言

4.2 十字绣布预处理

4.2.1 图像去噪

4.2.2 直方图分析

4.2.3 阈值化

4.3 布孔轮廓的提取

4.4 小结

5 绣布针位提取

5.1 引言

5.2 绣针定位

5.2.1 布孔轮廓追踪

5.2.2 布孔中心坐标的提取

5.3 定位实验与分析

5.4 小结

6 十字绣绣谱提取算法研究

6.1 引言

6.2 内容抽象化

6.2.1 L0 Smoothing

6.2.2 双边滤波

6.2.3 Grab Cut

6.3 颜色简化和规范化

6.3.1 DMC绣线颜色库

6.3.2 颜色简化和规范化

6.4 网格化

6.5 小结

7 自动编针算法研究

7.1 引言

7.2 十字针迹模型分析

7.3 单色块十字针迹路径搜索

7.3.1 图结构

7.3.2 路径搜索

7.4 整幅绣谱路径规划

7.4.1 针位拾取

7.4.2 色块间的路径规划

7.5 花样文件格式分析

7.5.1 文件头分析

7.5.2 文件体分析

7.6 综合实验测试

7.7 小结

8 总结与展望

8.1 总结

8.2 展望

参考文献

致 谢

攻读硕士期间主要成果