第1期 2018年1月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2018)01=010204
D0I:10.13462/j.cnki.mmtamt.2018.01.025
基于半径约束的空间圆弧位姿视觉检测算法
刘凌云，罗敏，吴岳敏，李慧玲，马彬
（湖北汽车工业学院电气工程系，湖北十堰442002）
No.1 Jan.2018
摘要：为了获取空间圆弧的位姿信息，建立了空间圆弧的实际影像到虚拟像机中影像的映射数学模型。以圆弧孤虚拟影像的拟合圆度最大为目标，提出了一种基于虚拟像机姿态参数交叉选代、分层搜索的优化算法获取空间圈弧的姿态信息，进一步根据半径约束和几何相似原理获取空间圆弧圆心的位置坐标。仿真以及实物实验表明该方法具有很强的收敛性，可以快速且准确地获得空间圆弧的位姿信息。该方法可以推广到作业对象已知前提下的视觉位姿检测。具有一定的理论意义与工程实际应用价值
关键词：空间圆弧；位姿检测；交叉选代；分层搜索
中图分类号：TH161;TG506
文献标识码：A
Visual Detection Algorithm for the Pose of Spatial
Circle Based on Radius Constraint
LIU Ling-yun,LUO Min, WU Yue-min,LI Hui-ling , MA Bin
(Department of Electrical Engineering, Hubei Automotive Industries Institute, Shiyan Hubei 442002, China) Abstract : In order to obtain the pose information of spatial arc, a mathematical model about the perspective projection from spatial circle real image into virtual camera image is built. In order to detect the pose of spa-tial circle, an optimization algorithm aim at the maximum fitting circular arcs of virtual image is put forward firstly, based on cross-iteration and hierarchical-search of virtual camera' s orientation parameters. Moreo-ver, center coordinates of the spatial circle is obtained according to the principle of radius constraint and geo-metric similarity.The simulation and physical experiments show that this method has a strong convergence, can obtain the pose information of spatial circle quickly and accurately. This method can be applied to the
visual position detection of specific object. It has great meaning on theory and in practice. Key words : spatial circle ; pose detection ; cross-iteration ; hierarchical-search
0引言
空间圆弧在图像处理中是一种特征明显且容易识
别的形状，而机械零部件的基本特征孔、平面正交即可形成空间圆或圆弧，因此通过对机械零部件上空间圆弧的视觉位姿检测，间接获取机械零部件的空间位置和姿态，在机器人视觉定位、目标跟踪、视觉避障中具有广泛的应用。目前针对空间圆弧的视觉位姿检测的研究，主要可以分为两类，一类是对空间圆弧上特征点在不同图像中图像点进行匹配的立体匹配算法[1-3]】，通常计算复杂度较大且所需硬件成本较高；另一类是针对单个圆特征，利用其它约束条件进行空间员姿态信息计算并消除二义性48]，如邢德奎等[3]提出使用同心圆目标快速、准确地获取圆心点在图像中的准确的投影点位置；魏振忠[6]提出了一种基于空间角度约束以消除空间圆姿态二义性的方法。
而对于大多数机械零部件而言，其特征平面与特收稿日期：20170302；修回日期：201705-02
征孔正交所形成的为一个或多个单一的空间员或员弧，而非同心圆，且空间圆或圆弧的半径为确定值。因此对同一平面内半径已知的多个空间圆或圆弧进行视觉位姿测量具有一定的工程实用价值。这里提出一种以位于同一平面内不同心的两个半径已知的圆互为约束，并借助于空间圆弧到虚拟像机中影像的映射数学模型，通过参数交叉迭代、分层搜索的优化算法求取空间圆弧位的检测方法。
空间圆在虚拟像机中的映射数学模型
设空间圆弧A。所在平面为厂，圆弧A，在实际摄像机C中所成图像为「，其小孔成像透视模型及相应的坐标系如图1所示，所建立的虚拟摄像机坐标系为C,，虚拟成像平面为T，。坐标系C,I相对于实际摄像机坐标系CI的位姿描述T可以表示为姿态参数αβ的函数，如公式(1)所示：
*基金项目：潮北省自然科学基金项目(2016CFB401）
作者简务势数据972—），男，潮北荆州人，潮北汽车工业学院副教授，研究方向为数控技术、机器人应用的研究，（E-mail)270228224@qq-
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