面向圓形標(biāo)志符的兩級優(yōu)化霍夫變換快速檢測定位方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種面向圓形標(biāo)志符的兩級優(yōu)化霍夫變換快速檢測定位方法，首先對基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行霍夫變換，然后通過一級優(yōu)化霍夫變換減少圖像空間參與平移霍夫變換的點(diǎn)數(shù)和參數(shù)空間的無效累加，快速確定圓形標(biāo)志符圓心所在的區(qū)域，最終通過二級優(yōu)化霍夫變換高效控制參數(shù)空間累加范圍，快速確定圓形標(biāo)志符的圓心位置。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確定位圓形標(biāo)志符區(qū)域，快速精確計(jì)算出圓形標(biāo)志符的圓心坐標(biāo)，時間開銷大大優(yōu)于平移霍夫變換，具有快速、準(zhǔn)確和魯棒的特點(diǎn)。
【專利說明】面向圓形標(biāo)志符的兩級優(yōu)化霍夫變換快速檢測定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于機(jī)器視覺的圖像檢測定位技術(shù)，尤其是面向圓形標(biāo)志符的、 能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)實(shí)時需求的高精度快速檢測定位技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著器件封裝尺寸的減小和印刷電路板貼片密度的增加，使印刷過程中印刷電路 板和鋼網(wǎng)之間的高精度位置校準(zhǔn)成為關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，而高精度位置校準(zhǔn)的前提和核心就是 視覺檢測系統(tǒng)對印刷電路板和鋼網(wǎng)上的定位標(biāo)志符的幾何中心進(jìn)行高精度檢測定位。目 前表面貼裝技術(shù)中常用的定位標(biāo)志符有圓形、矩形、三角形和十字形等，其中圓形是最常見 的，因此，快速準(zhǔn)確地檢測定位圓形標(biāo)志符的圓心位置具有廣泛的實(shí)用價值。
[0003] 目前常用的圓形標(biāo)志符圓心檢測算法有：基于最小二乘原理的擬合檢測算法、基 于邊界曲線分組的檢測算法、遺傳算法、基于存在概率的圓檢測算法和霍夫變換及其改進(jìn) 算法。在這些方法中，霍夫變換以其魯棒性強(qiáng)，在噪聲、缺損、變形等情況下仍能取得理想結(jié) 果的特點(diǎn)而在圓形檢測方面被廣泛應(yīng)用。但是傳統(tǒng)霍夫變換將二維圖像空間中的一個點(diǎn)映 射到三維參數(shù)空間，運(yùn)算時間長，占用內(nèi)存大，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中難以應(yīng)用。為了克服上述 缺點(diǎn)，目前改進(jìn)的方法主要有三類：第一類方法主要是將圖像空間圓形邊緣上的三點(diǎn)根據(jù) 圓形性質(zhì)，按照一定的規(guī)則變換到參數(shù)空間中的一點(diǎn)，理論上大大降低了參與變換的點(diǎn)數(shù)， 降低了時間開銷，但是當(dāng)圖像中存在噪聲點(diǎn)和多個圓的情況時，算法檢測精度急劇下降。第 二類方法的代表思想是梯度累加，即只對變化后落在梯度方向上的點(diǎn)進(jìn)行累加求和，算法 執(zhí)行效率高，速度快，但是該算法與傳統(tǒng)霍夫變換相比抗干擾能力大大下降，同時由于算子 求出的梯度離散、有限，因而梯度方向往往并非指向圓心，造成檢測精度降低。第三種方法 是平移霍夫變換，該方法綜合上述兩類方法的改進(jìn)思路，借助"坐標(biāo)平移"思想，對圖像空間 中的某一基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行霍夫變換，通過將基準(zhǔn)點(diǎn)在參數(shù)空間中的投影集合平移來得到其他需 要變換的點(diǎn)在參數(shù)空間的投影集合。這種算法有利于降低時間和空間開銷，但是通過平移 得到的坐標(biāo)點(diǎn)集合和通過計(jì)算得到的坐標(biāo)點(diǎn)集合不可能完全一樣，導(dǎo)致算法最終檢測誤差 的存在。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種既能保證圓心檢測精度，又能滿足印 刷電路板視覺檢測中實(shí)時性要求的圓形標(biāo)志符快速檢測定位算法，針對現(xiàn)有圓形標(biāo)志符圓 心檢測中的速度和精度相互制約問題，對平移霍夫變換算法進(jìn)行改進(jìn)，提出兩級優(yōu)化霍夫 變換算法，能夠準(zhǔn)確定位圓形標(biāo)志符區(qū)域，快速精確計(jì)算出圓形標(biāo)志符的圓心坐標(biāo)，時間開 銷大大優(yōu)于平移霍夫變換，具有快速、準(zhǔn)確和魯棒的特點(diǎn)，能夠滿足印刷機(jī)視覺檢測中，對 印刷電路板上的圓形標(biāo)志符實(shí)現(xiàn)精確實(shí)時檢測定位的要求。本發(fā)明同樣適用于鋼網(wǎng)上圓形 標(biāo)志符的精確實(shí)時檢測定位。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：
[0006] 步驟一、定義圖像坐標(biāo)系為X軸正方向水平向右，Y軸正方向垂直向上，原點(diǎn)位于 左下角；定義霍夫變換后的參數(shù)空間坐標(biāo)系為a軸正方向水平向右，b軸正方向垂直向上， 原點(diǎn)位于左下角；
[0007] 設(shè)圖像Ibi為形狀質(zhì)量檢測達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)的N行M列圓形標(biāo)志符二值化圖像，I bi =f(x, y) ,0彡X彡M-1,0彡y彡N-I ;對Ibi進(jìn)行輪廓提取,構(gòu)造邊緣點(diǎn)集V = {(xvi, yvi) I i =1，2,…，Q}，式中，Q為邊緣點(diǎn)的總個數(shù)，由邊緣點(diǎn)集可得到圓形標(biāo)志符的外接矩形，外接 矩形的寬= ,_，外接矩形的高H = Ayv = yv_max-yv_min，式中，Xv_ max，Χν_ min分別為V中的X坐標(biāo)的最大值和最小值；yv_max，yv_ min分別為V中的Y坐標(biāo)的最大值和最 小值，取W和H中較小者為dmin，較大者為dmax ;
[0008] 在圖像空間中任取Ibi上的一點(diǎn)（xbase, ybase)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，以內(nèi)徑rin = dmin/2,外 徑^ut = dmax/2作為半徑r的約束條件對該點(diǎn)進(jìn)行圓形霍夫變換；規(guī)定xb_的取值范圍為 [r_ M-rwt]，yb_的取值范圍為[Irat, N-r J ;貝U基準(zhǔn)點(diǎn)經(jīng)過霍夫變換后在參數(shù)空間得到的 變換圓邊緣點(diǎn)集合 Fbase = {(a, b) I (a_xbase)2+ (b_ybase)2 = r, rin < r < rQUt}，式中，（a, b)為 變換圓的邊緣點(diǎn)坐標(biāo)，記Fb_中變換圓邊緣點(diǎn)的個數(shù)為D ;
[0009] 步驟二、對圓形標(biāo)志符邊緣點(diǎn)集V中的Q個元素，以3個像素為周期進(jìn)行等間隔采 樣，得到邊緣采樣點(diǎn)集V' ={(x' vj，y' vj) |j = 1,2, "'Q' }，式中，Q'為邊緣采樣點(diǎn)的 個數(shù)，僅邊緣采樣點(diǎn)參與平移霍夫變換；當(dāng)采樣到點(diǎn)（X' ^時，可計(jì)算得到該點(diǎn)在X 方向和Y方向相對于（xbase，ybase)的偏移量，點(diǎn)（X' VP經(jīng)過霍夫變換后在參數(shù)空間 得到的變換圓邊緣點(diǎn)集合 Fj = {(a」,bj) I a」=a+ (X' vj-xbase)，bj = b+ (y ' vj_ybase)}，式中 為變換圓的邊緣點(diǎn)坐標(biāo)；對？」中處于此范圍內(nèi)的變換圓邊緣點(diǎn)進(jìn)行累加，累加器累 加區(qū)域戈

【權(quán)利要求】
1. 一種面向圓形標(biāo)志符的兩級優(yōu)化霍夫變換快速檢測定位方法，其特征在于包括下述 步驟： 步驟一、定義圖像坐標(biāo)系為X軸正方向水平向右，Y軸正方向垂直向上，原點(diǎn)位于左下 角；定義霍夫變換后的參數(shù)空間坐標(biāo)系為a軸正方向水平向右，b軸正方向垂直向上，原點(diǎn) 位于左下角； 設(shè)圖像Ibi為形狀質(zhì)量檢測達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)的N行M列圓形標(biāo)志符二值化圖像，Ibi =f(x,y) ,0彡X彡M-1,0彡y彡N-I;對Ibi進(jìn)行輪廓提取,構(gòu)造邊緣點(diǎn)集V= {(xvi,yvi)Ii= 1，2, ...，Q}，式中，Q為邊緣點(diǎn)的總個數(shù)，由邊緣點(diǎn)集可得到圓形標(biāo)志符的外接矩形，外接矩 形的寬W=ΔXv = Xvji α i，外接矩形的高H=Δyv = yv_max-yv_min，式中，Xv_max，Xvjiin 分別為V中的X坐標(biāo)的最大值和最小值；yv _，yVJlin分別為V中的Y坐標(biāo)的最大值和最小 值，取W和H中較小者為dmin，較大者為dmax; 在圖像空間中任取Ibi上的一點(diǎn)（xbase;，ybaJ作為基準(zhǔn)點(diǎn)，以內(nèi)徑rin =dmin/2,外徑Iwt =dmax/2作為半徑r的約束條件對該點(diǎn)進(jìn)行圓形霍夫變換；規(guī)定xb_的取值范圍為 [r_M-rwt]，yb_的取值范圍為[Irat,N-rJ;貝U基準(zhǔn)點(diǎn)經(jīng)過霍夫變換后在參數(shù)空間得到的 變換圓邊緣點(diǎn)集合Fbase = {(a,b)I(a_xbase)2+ (b_ybase)2 =r,rin <r<rQUt}，式中，（a,b)為 變換圓的邊緣點(diǎn)坐標(biāo)，記Fb_中變換圓邊緣點(diǎn)的個數(shù)為D; 步驟二、對圓形標(biāo)志符邊緣點(diǎn)集V中的Q個元素，以3個像素為周期進(jìn)行等間隔采樣， 得到邊緣采樣點(diǎn)集V' ={(x'vj，y' vj)|j= 1,2,...,0' }，式中，Q'為邊緣采樣點(diǎn)的個 數(shù)，僅邊緣采樣點(diǎn)參與平移霍夫變換；當(dāng)采樣到點(diǎn)（X' ^時，可計(jì)算得到該點(diǎn)在X 方向和Y方向相對于（xbase，ybase)的偏移量，點(diǎn)（X' VP經(jīng)過霍夫變換后在參數(shù)空間 得到的變換圓邊緣點(diǎn)集合Fj = {(a」,bj)Ia」=a+(X'vj-xbase)，bj=b+(y'vj_ybase)}，式中 為變換圓的邊緣點(diǎn)坐標(biāo)；對？」中處于此范圍內(nèi)的變換圓邊緣點(diǎn)進(jìn)行累加，累加器累 加區(qū)域?yàn)閄. + 戰(zhàn)，<".<x -戰(zhàn)、V.+^*^<b-<v -戰(zhàn)、 7. V 2J v_max 2 ,r-mm 1 2 J ^ v_max〕 式中代表了圓內(nèi)接矩形的最大邊長；對于每一個Fi,以3像素為周期對處于累加區(qū) 域范圍內(nèi)的坐標(biāo)進(jìn)行采樣累加統(tǒng)計(jì)，記需要統(tǒng)計(jì)的變換圓邊緣點(diǎn)個數(shù)為D'; 在參數(shù)空間建立一個數(shù)組累加器A1 (a」，bj)，A1 (a」，bj)的初始值均為0 ;當(dāng)參數(shù)空間中 變換圓的邊緣點(diǎn)坐標(biāo)（apbp滿足匕的計(jì)算時，相應(yīng)的累加器AJapbp的值加1 ;尋找累 加值最大的峰值累加器，峰值累加器所在位置代表了一級優(yōu)化霍夫變換的圓心位置（x_t， Ycent) ? 圓形標(biāo)志符圓心所在區(qū)域確定為以（X_t，y_t)為中心的7X7像素的小區(qū)域，即 Xcent_3 ^aj^Xcent+3?Ycent"3 ^bj^ycent+3 ； 步驟三、在圖像空間中，對圓形標(biāo)志符的邊緣點(diǎn)集V中的元素逐像素進(jìn)行遍歷，得到參 數(shù)空間中變換圓邊緣點(diǎn)集Fi =Ka^bi)Iai =a+(xvi-xbas丄bi=b+(yvi-ybase)};對于每一 個Fi，在步驟二確定的7X7區(qū)域中對變換圓邊緣點(diǎn)進(jìn)行逐點(diǎn)累加統(tǒng)計(jì)； 在參數(shù)空間建立一個數(shù)組累加器A2 (ai，bj，A2 (ai，bj的初始值均為0 ;當(dāng)參數(shù)空間中 變換圓的邊緣點(diǎn)坐標(biāo)（?,bj滿足式Fi的計(jì)算時，相應(yīng)的累加器^(%，bj的值加1 ;尋找 累加值最大的峰值累加器，峰值累加器所在位置即為二級優(yōu)化霍夫變換得到的精確圓心位 (Xcenter^ 。
【文檔編號】G06T7/60GK104463920SQ201410617003
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】齊敏, 辛紅娟, 吳志超, 董勇, 樊養(yǎng)余 申請人:西北工業(yè)大學(xué)