基于点云的鞋模喷胶三维视觉引导关键技术研究
发布时间：2021-01-23 20:30
鞋模喷胶自动化是制鞋企业迫切的需求,近几年科技迅猛发展为鞋企实现自动化、智能化提供了技术支撑。与图像信息相比,鞋模表面的三维信息更加真实、全面地反映出鞋模形貌,结合机器人视觉引导技术便能在识别定位鞋模的同时根据鞋模姿态调整喷胶方式。本文以鞋模为研究对象,着重研究了鞋模喷胶中的两个关键性技术——线结构光条纹中心提取方法和点云三维轨迹提取方法。具体工作包括以下几个方面:（1）采用双频曲线拟合的光条纹中心提取算法获取图像中光条纹中心。首先采用二次阈值法自动分割图像中光条纹区域,利用灰度重心法得到近似光条纹中心,根据近似条纹中心采用直线拟合法得到条纹局部法线,然后在法线方向上采用双频曲线拟合像素数据,最后用黄金分割法搜索拟合曲线光条纹区域最大值,进而求得光条纹中心亚像素坐标。该方法能消除图像中部分高频噪声的影响,相对Steger法条纹中心均值小于0.1pixel,速度提高约26倍。（2）采用点云投影变截距轮廓偏移算法提取鞋模三维喷胶轨迹。根据线结构光扫描获得的点云特征,使用直通滤波、统计滤波和栅格滤波对鞋模点云预处理,采用点云投影和主成分分析的数据降维方法获得平面鞋模点云轮廓,通过变截距轮廓偏...
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
鞋模图片
湖北工业大学硕士学位论文8第2章双频曲线拟合的鞋模表面光条纹中心提取算法研究实时、准确、稳定的从图像中提取鞋模光条纹中心是线结构光扫描的喷胶引导技术中的关键技术。线结构光的均匀性，三角法测量过程中各种误差和噪声，以及物体材质等因素都会影响光条纹图像质量，导致结构光条纹中心提取困难。本章在对国内外线结构光条纹中心提取方法概述基础上，研究了采用双频曲线拟合提取线结构光条纹中心的算法，并与其他相关算法在精度与效率上进行了比较分析。2.1鞋模光条纹强度分布特性由于相机成像特性，鞋模光条纹在其法线方向上光强是系列离散灰度值，呈现出如2.1(a)所示强度趋势。图2.1(b)是FFT变换后的频谱图。从图2.1(b)可看出，频谱能量主要集中于前三次谐波，高频分量较少。(a)光条纹法线方向灰度值数据(b)光条纹法线方向灰度值频谱图图2.1光条纹法线方向光强灰度值针对图2.1中相同数据，依次进行高斯拟合、单频曲线拟合和多频曲线拟合，拟合结果如表2.1所示。表2.1曲线拟合光条纹法向光强灰度值结果表拟合方法SSERMSER-squareAdjR-sg峰值位置/像素高斯曲线拟合法9514.127.05280.94380.9352635.2000单频曲线拟合法62124.069.12860.63310.5767634.9789双频曲线拟合法8638.329.39100.94900.9235635.1573三频曲线拟合法7262.832.21100.95710.9081635.4525表2.1显示，上述几种曲线拟合峰值位置相差小于0.5像素。表中R-square表示曲线的确定系数，AdjR-sg表示按照误差自由度调整后的确定系数，其值越接近于1，表示曲线的拟合程度越好，对数据的解释能力越强。从单频曲线到三频
湖北工业大学硕士学位论文9曲线，随着频率分量的增多，对数据的解释能力逐渐增强，曲线拟合的和方差（SSE）逐渐减小，而双频曲线的均方根（RMSE）在三者间最小，按误差自由度调整后确定系数（AdjR-sg）在三者间最大，说明三频曲线有一定的过拟合。和高斯曲线拟合方法相比，双频曲线拟合方法其和方差（SSE）更小，曲线确定系数（R-square）更大，说明双频曲线对数据的拟合程度更好。双频曲线拟合的调整后确定系数（AdjR-sg）略小于高斯曲线拟合的调整后确定系数（AdjR-sg），但双频曲线拟合参数的个数更多。虽然双频曲线拟合的均方根（RMSE）较高斯曲线拟合的均方根（RMSE）略大，但总体上看双频率曲线对数据的拟合情况更好。图2.2曲线拟合光条纹法向光强灰度值结果图图2.2是将曲线拟合结果绘于同一图中。从图中可看出，单频曲线只能大致描述数据，其峰值位置偏差较大。三频曲线能详尽的描述数据，但其峰值更易受噪声的影响。双频拟合曲线和高斯拟合曲线峰值位置相接近，并且双频拟合曲线峰值位置比高斯拟合曲线峰值位置更靠近三频曲线峰值位置，说明双频曲线拟合法能消除部分高频噪声的影响，能更准确的描述光条纹数据。针对自动化鞋模喷胶需求中线结构光视觉传感器光条纹中心提取问题，结合上述双频曲线拟合优势，设计了如图2.3所示光条纹中心提取方案。图2.3光条纹中心提取方案自动获取光条纹区域减小计算量获取光条纹局部法向并沿法向获取光强灰度值对法向像素灰度值双频曲线拟合拟合曲线光条纹区域求最值
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国主要鞋类产品出口总量数据[J]. 李晓燕. 中外鞋业. 2019(12)
[2]线结构光光条中心提取算法[J]. 曾超,王少军,卢红,孔聪. 中国图象图形学报. 2019(10)
[3]三维激光扫描技术在古建筑测量中的应用[J]. 郭震冬,黄亮,顾正东,王润哲. 智能城市. 2019(18)
[4]基于随机采样一致性的规则棒料位姿识别[J]. 吴庆华,朱思斯,周阳,万偲,何涛. 传感器与微系统. 2019(09)
[5]福建晋江制鞋业出口问题及对策分析[J]. 闻行健. 商场现代化. 2019(16)
[6]基于BP神经网络的结构光光条中心提取[J]. 李玥华,刘朋,周京博,任有志,靳江艳. 光学学报. 2019(12)
[7]基于体素下采样和关键点提取的点云自动配准[J]. 张彬,熊传兵. 激光与光电子学进展. 2020(04)
[8]国际制鞋产业转移:东南亚的崛起与中国的对策[J]. 李明武,周利. 皮革科学与工程. 2019(04)
[9]基于灰度权重模型的激光条纹中心提取算法[J]. 黄凌锋,刘光东,张超,甘宏,罗文婷,李林. 激光技术. 2020(02)
[10]我国鞋类企业竞争力分析及对策研究[J]. 朱琼琳. 中国管理信息化. 2019(12)
博士论文
[1]基于线结构光的矩形花键轴视觉测量技术研究[D]. 廉凤慧.吉林大学 2019
[2]基于产业组织理论的中国鞋业竞争力研究[D]. 路华.陕西科技大学 2019
[3]基于线结构光扫描的三维表面缺陷在线检测的理论与应用研究[D]. 吴庆华.华中科技大学 2013
硕士论文
[1]基于激光结构光视觉引导的焊缝跟踪技术研究[D]. 王作山.山东大学 2019
[2]睢县制鞋产业集聚区竞争力提升研究[D]. 丁颢钰.郑州大学 2019
[3]植物叶片三维形状信息获取系统开发[D]. 王慧君.西北农林科技大学 2019
[4]基于线结构光的三维测量算法研究[D]. 潘光明.华中科技大学 2018
[5]引脚共面度的高精度三维检测与识别方法研究[D]. 魏泽.天津工业大学 2018
[6]基于激光视觉的焊缝跟踪系统研究与开发[D]. 王世伟.哈尔滨理工大学 2018
[7]B公司新生产线涂胶工序质量改进研究[D]. 马德旻.北京工业大学 2016
[8]面向制鞋涂胶的SCARA机器人结构设计与研究[D]. 孟飞武.安徽理工大学 2015
[9]机翼自动涂胶机运动系统研究[D]. 翟晓帅.西京学院 2015
[10]螺纹紧固件自动涂胶系统的设计与研究[D]. 骆欢.浙江工业大学 2014
本文编号：2995876
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
鞋模图片
湖北工业大学硕士学位论文8第2章双频曲线拟合的鞋模表面光条纹中心提取算法研究实时、准确、稳定的从图像中提取鞋模光条纹中心是线结构光扫描的喷胶引导技术中的关键技术。线结构光的均匀性，三角法测量过程中各种误差和噪声，以及物体材质等因素都会影响光条纹图像质量，导致结构光条纹中心提取困难。本章在对国内外线结构光条纹中心提取方法概述基础上，研究了采用双频曲线拟合提取线结构光条纹中心的算法，并与其他相关算法在精度与效率上进行了比较分析。2.1鞋模光条纹强度分布特性由于相机成像特性，鞋模光条纹在其法线方向上光强是系列离散灰度值，呈现出如2.1(a)所示强度趋势。图2.1(b)是FFT变换后的频谱图。从图2.1(b)可看出，频谱能量主要集中于前三次谐波，高频分量较少。(a)光条纹法线方向灰度值数据(b)光条纹法线方向灰度值频谱图图2.1光条纹法线方向光强灰度值针对图2.1中相同数据，依次进行高斯拟合、单频曲线拟合和多频曲线拟合，拟合结果如表2.1所示。表2.1曲线拟合光条纹法向光强灰度值结果表拟合方法SSERMSER-squareAdjR-sg峰值位置/像素高斯曲线拟合法9514.127.05280.94380.9352635.2000单频曲线拟合法62124.069.12860.63310.5767634.9789双频曲线拟合法8638.329.39100.94900.9235635.1573三频曲线拟合法7262.832.21100.95710.9081635.4525表2.1显示，上述几种曲线拟合峰值位置相差小于0.5像素。表中R-square表示曲线的确定系数，AdjR-sg表示按照误差自由度调整后的确定系数，其值越接近于1，表示曲线的拟合程度越好，对数据的解释能力越强。从单频曲线到三频
湖北工业大学硕士学位论文9曲线，随着频率分量的增多，对数据的解释能力逐渐增强，曲线拟合的和方差（SSE）逐渐减小，而双频曲线的均方根（RMSE）在三者间最小，按误差自由度调整后确定系数（AdjR-sg）在三者间最大，说明三频曲线有一定的过拟合。和高斯曲线拟合方法相比，双频曲线拟合方法其和方差（SSE）更小，曲线确定系数（R-square）更大，说明双频曲线对数据的拟合程度更好。双频曲线拟合的调整后确定系数（AdjR-sg）略小于高斯曲线拟合的调整后确定系数（AdjR-sg），但双频曲线拟合参数的个数更多。虽然双频曲线拟合的均方根（RMSE）较高斯曲线拟合的均方根（RMSE）略大，但总体上看双频率曲线对数据的拟合情况更好。图2.2曲线拟合光条纹法向光强灰度值结果图图2.2是将曲线拟合结果绘于同一图中。从图中可看出，单频曲线只能大致描述数据，其峰值位置偏差较大。三频曲线能详尽的描述数据，但其峰值更易受噪声的影响。双频拟合曲线和高斯拟合曲线峰值位置相接近，并且双频拟合曲线峰值位置比高斯拟合曲线峰值位置更靠近三频曲线峰值位置，说明双频曲线拟合法能消除部分高频噪声的影响，能更准确的描述光条纹数据。针对自动化鞋模喷胶需求中线结构光视觉传感器光条纹中心提取问题，结合上述双频曲线拟合优势，设计了如图2.3所示光条纹中心提取方案。图2.3光条纹中心提取方案自动获取光条纹区域减小计算量获取光条纹局部法向并沿法向获取光强灰度值对法向像素灰度值双频曲线拟合拟合曲线光条纹区域求最值
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国主要鞋类产品出口总量数据[J]. 李晓燕. 中外鞋业. 2019(12)
[2]线结构光光条中心提取算法[J]. 曾超,王少军,卢红,孔聪. 中国图象图形学报. 2019(10)
[3]三维激光扫描技术在古建筑测量中的应用[J]. 郭震冬,黄亮,顾正东,王润哲. 智能城市. 2019(18)
[4]基于随机采样一致性的规则棒料位姿识别[J]. 吴庆华,朱思斯,周阳,万偲,何涛. 传感器与微系统. 2019(09)
[5]福建晋江制鞋业出口问题及对策分析[J]. 闻行健. 商场现代化. 2019(16)
[6]基于BP神经网络的结构光光条中心提取[J]. 李玥华,刘朋,周京博,任有志,靳江艳. 光学学报. 2019(12)
[7]基于体素下采样和关键点提取的点云自动配准[J]. 张彬,熊传兵. 激光与光电子学进展. 2020(04)
[8]国际制鞋产业转移:东南亚的崛起与中国的对策[J]. 李明武,周利. 皮革科学与工程. 2019(04)
[9]基于灰度权重模型的激光条纹中心提取算法[J]. 黄凌锋,刘光东,张超,甘宏,罗文婷,李林. 激光技术. 2020(02)
[10]我国鞋类企业竞争力分析及对策研究[J]. 朱琼琳. 中国管理信息化. 2019(12)
博士论文
[1]基于线结构光的矩形花键轴视觉测量技术研究[D]. 廉凤慧.吉林大学 2019
[2]基于产业组织理论的中国鞋业竞争力研究[D]. 路华.陕西科技大学 2019
[3]基于线结构光扫描的三维表面缺陷在线检测的理论与应用研究[D]. 吴庆华.华中科技大学 2013
硕士论文
[1]基于激光结构光视觉引导的焊缝跟踪技术研究[D]. 王作山.山东大学 2019
[2]睢县制鞋产业集聚区竞争力提升研究[D]. 丁颢钰.郑州大学 2019
[3]植物叶片三维形状信息获取系统开发[D]. 王慧君.西北农林科技大学 2019
[4]基于线结构光的三维测量算法研究[D]. 潘光明.华中科技大学 2018
[5]引脚共面度的高精度三维检测与识别方法研究[D]. 魏泽.天津工业大学 2018
[6]基于激光视觉的焊缝跟踪系统研究与开发[D]. 王世伟.哈尔滨理工大学 2018
[7]B公司新生产线涂胶工序质量改进研究[D]. 马德旻.北京工业大学 2016
[8]面向制鞋涂胶的SCARA机器人结构设计与研究[D]. 孟飞武.安徽理工大学 2015
[9]机翼自动涂胶机运动系统研究[D]. 翟晓帅.西京学院 2015
[10]螺纹紧固件自动涂胶系统的设计与研究[D]. 骆欢.浙江工业大学 2014
本文编号：2995876
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