自动水泥灌装系统中基于机器视觉的定位方法研究

摘要

我国水泥企业多数采用水泥灌装车进行运输，水泥灌装效率对企业效益有重要影响。灌装过程中，当前多数企业采用手工方式对接水泥出料口和灌装车上的水泥装料口。手工操作存在劳动强度大、速度慢、易于发生事故等不足，因此研发自动水泥灌装系统有重要应用价值。作为自动水泥灌装系统的重要组成部分，本文研究基于机器视觉技术的出料口和装料口的自动对接方法，主要工作如下:　　(1) Eye-to-hand和Eye-in-hand相结合的定位方案:水泥自动灌装存在视野范围大、定位精度要求高的要求，为此本文提出Eye-to-hand和Eye-in-hand相结合的定位策略:首先基于Eye-to-hand相机实现大范围粗略定位，然后使用Eye-in-hand相机进行精确定位。　　(2)强干扰图像中像素级精度的装料口提取方法:从图像中精确提取装料口是实现自动灌装的基础，但因水泥灌装现场存在粉尘多、光照不稳定等等干扰因素，成像质量差，对精确提取装料口提出挑战。本文方法首先进行采用形态学闭操作进行边缘增强;然后使用基于中值滤波的Canny算子进行提取边缘;最后采用基于连续等长弦的快速圆检测算法提取装料口。　　(3)迭代逼近的出料口和装料口精确定位方法:因为机械臂运动误差的影响，难以实现出料口和装料口的一次性精确定位，本文采用迭代逼近方法实现精确定位:首先根据视觉系统的成像模型，采用直接线性标定法计算坐标转换参数;其次根据装料口在图像中的位置，结合转换参数，计算机械臂运动参数;在机械臂运动后，再次获取新图像，判断是否已经精确定位，若没有，再次进行装料口检测、计算机械臂运动参数，反复迭代。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 问题来源

1．2 国内外研究现状

1．2．1 机器视觉

1．2．2 相机标定

1．3 论文结构

第二章 自动水泥灌装定位系统的总体设计

2．1 基于机器视觉的定位方案

2．1．1 需求分析

2．1．2 基于两级视觉系统的定位方案

2．2 自动水泥灌装定位系统的模块设计

2．2．1 图像采集模块

2．2．2 图像处理模块

2．2．3 机械臂运动模块

2．2．4 软件整体框架

2．3 相关软件包简介

2．3．1 Opencv图像处理库

2．3．2 MFC界面设计

2．4 本章小结

第三章 强干扰图像中像素级精度的装料口提取方法

3．1 基于形态学操作的边缘增强

3．1．1 形态学基本理论与运算

3．1．2 边缘增强

3．2 基于Canny算子的边缘提取

3．2．1 Canny边缘检测的

3．2．2 中值滤波

3．2．3 基于中值滤波的Canny边缘提取算法

3．3 基于连续等长弦的快速圆检测算法

3．3．1 基于Hough变换的圆检测算法

3．3．2 基于连续等长弦的快速圆检测算法

3．3．3 目标圆的筛选及结果展示

3．4 本章小结

第四章 基于迭代逼近的出料口和装料口精确定位方法

4．1 摄像机标定原理

4．1．1 坐标系统

4．1．2 需要标定的参数

4．1．2 标定算法

4．1．3 坐标系转换

4．2 基于迭代逼近的装料口与出料口的精确定位方法

4．2．1 直接线性标定法计算坐标转换参数

4．2．3 迭代逼近的优化定位过程

4．3 本章小结

第五章 系统实现与应用

5．1 系统实现

5．2 软件界面

5．2．1 系统主界面

5．2．2 标定界面

5．3 实验测试

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况