CN109784331B - 基于标志点的棒材端面标记方案及字符图像矫正方法 - Google Patents

Abstract

基于标志点的棒材端面标记方案及字符图像矫正方法，所述方案的标记字符由百位字符(1)、十位字符(2)、个位字符(3)和标志点(4)组成，所述方法包括如下步骤：(1)采用视觉系统采集棒材端面图像并做预处理；(2)求取棒材端面中心像素坐标；(3)采用视觉系统采集棒材端面标记字符图像并做预处理；(4)求取棒材端面标志点中心像素坐标；(5)求取一次旋转角度和方向并对图像做一次旋转进行初步矫正；(6)求取二次旋转角度并对图像做二次旋转完成最终矫正。本发明标记方案简单、易于识别，字符图像矫正方法的矫正精度高。

Description

基于标志点的棒材端面标记方案及字符图像矫正方法

技术领域

本发明涉及一种字符图像标记方案及其矫正方法，尤其是涉及一种基于标志点的棒材端面标记方案及字符图像矫正方法。

背景技术

棒材是当前钢铁行业的主要产品，更是工业领域重要的生产加工原材料。在不同行业对于棒材的质量要求也是不同的，钢铁行业所生产的棒材规格也是多种多样。目前，棒材的端面字符是通过喷印形式完成的，面对大批量重复性和枯燥性的工作，很容易使工人产生视觉疲劳并导致出现错误，随着计算机视觉识别技术的发展，应用视觉智能识别代替现生产线上的人工问题成为了发展趋势。因此，迫切需要自动化的识别生产线。要想实现智能化信息跟踪首先需要解决的是识别过程中棒材端面字符倾斜问题，所以字符矫正方法是其核心关键技术之一。

结合钢厂生产线的实际情况而言，在进行棒材输送过程中，当到达指定工位时棒材端面的字符呈任意角度倾斜，存在随意的字符姿态，这样就会为后续的识别工作造成影响，使得识别结果不准确，而字符矫正的方法对于整个识别系统来说是至关重要的，要求任意倾斜角度的完全矫正，因此提出一种基于标志点的棒材端面标记字符矫正方法用来解决棒材端面的字符呈任意角度的问题。

发明内容

基于以上原因，本发明旨在提出一种基于标志点的棒材端面标记字符矫正方法，为最终实现棒材端面标记字符的自动识别奠定技术基础。本发明是根据棒材自身的特点提出的一种棒材端面标记方案和基于标志点的棒材端面标记字符矫正方法。

本发明基于标志点的棒材端面标记方案的标记字符由百位字符1、十位字符2、个位字符3和标志点4组成。百位字符1、十位字符2、个位字符3和标志点4均布置在棒材端面上且与棒材端面的边缘保留一定距离。百位字符1、十位字符2和个位字符3从左往右等间距水平布置形成三位字符，十位字符2位于圆钢的中心位置，标志点4位于十位字符2的正上方。

字符矫正方法分为两步矫正：首先求取标志点中心的像素坐标值，通过三角函数求出初始旋转角度；然后通过统计垂直投影列数和最小值的矫正算法完成最终角度的矫正。

采用本发明标记方案的基于标志点的棒材端面标记字符矫正方法包括如下步骤：

(1)采用视觉系统采集棒材端面图像并做预处理；

(2)求取棒材端面中心像素坐标；

(3)采用视觉系统采集棒材端面标记字符图像并做预处理；

(4)求取标志点中心像素坐标；

(5)求取一次旋转角度和方向并对图像做一次旋转进行初步矫正；

(6)求取二次旋转角度并对图像做二次旋转完成最终矫正。

本发明的有益技术效果是：本发明的棒材端面标记方案简单、易于识别；识别方法是通过连通域面积分析法求取标志点中心的像素坐标值，通过三角函数求出一次旋转角度进行初步矫正，然后通过统计垂直投影列数和最小值的矫正算法计算得到二次旋转角度完成最终角度的矫正，有较高的矫正精度和效率。

附图说明

图1是本发明基于标志点的棒材端面标记方案示意图；

图2是本发明基于标志点的棒材端面标记字符矫正方法的一次旋转原理示意图。

具体实施方式

以棒材精整生产线为应用场景，结合附图1-2说明本发明的内容与操作。

本发明基于标志点的棒材端面标记方案的标记字符由百位字符1、十位字符2、个位字符3和标志点4组成。百位字符1、十位字符2、个位字符3和标志点4均布置在棒材端面5上且与棒材端面5的边缘保留一定距离。百位字符1、十位字符2和个位字符3从左往右等间距水平布置形成三位字符，十位字符2位于圆钢的中心位置，标志点4位于十位字符2的正上方。百位字符1、十位字符2、个位字符3和标志点4的颜色为白色。

棒材端面5上由百位字符1、十位字符2和个位字符3组成的三个字符为001-999，代表该炉生产的第1根到第999根棒材。标志点4为圆点，标志点4的面积小于百位字符1、十位字符2和个位字符3的面积。

采用本发明标记方案的基于标志点的棒材端面字符标记图像矫正方法包括如下步骤：

(1)采用视觉系统采集棒材端面图像并做预处理；

(2)求取棒材端面中心像素坐标；

(3)采用视觉系统采集棒材端面标记字符图像并做预处理；

(4)求取标志点中心像素坐标；

(5)求取一次旋转角度和方向并对图像做一次旋转进行初步矫正；

(6)求取二次旋转角度并对图像做二次旋转完成最终矫正。

根据实施现场的环境建立用于棒材端面标记字符识别的视觉系统，能够获取棒材端面的清晰图像。

1.采用视觉系统采集棒材端面图像并做预处理

采用视觉系统对棒材端面图像进行采集，采集时需要光照使棒材端面图像高亮显示，对棒材端面图像进行预处理，得到棒材端面的二值图像I。

2.求取棒材端面中心像素坐标

棒材端面图像的像素坐标系为XOY，以棒材端面二值图像的连通域中心坐标为棒材端面中心像素坐标(x₀,y₀)。在MATLAB编程语言环境下，利用regionprops(I,'Centroid')函数计算得到棒材端面中心像素坐标(x₀,y₀)，用regionprops(I,'Area')函数计算并取整得到棒材端面半径的像素值R。

3.采用视觉系统采集棒材端面标记字符图像并做预处理

采用视觉系统对棒材端面标记字符图像进行采集，采集时需要关闭光源使棒材端面标记字符高亮显示，对棒材端面标记字符图像进行预处理，得到棒材端面标记字符的二值图像。取Δ为大于0的像素值，则裁剪后的棒材端面图像区域为：x方向范围[x₀-R-Δ,x₀+R+Δ]，y方向范围[y₀-R-Δ,y₀+R+Δ]。裁剪后得到的棒材端面标记字符的二值图像II。

4.求取标志点中心像素坐标

对二值化的棒材端面标记字符图像II计算图像连通域面积的大小。棒材端面标记字符中百位字符1、十位字符2和个位字符3的连通域面积大致相同，而标志点4的连通域面积要明显小于百位字符1、十位字符2和个位字符3的连通域面积。根据标志点4的连通域面积最小的特点找到标志点4。

以标志点4二值图像的连通域中心坐标为标志点中心像素坐标。在MATLAB编程语言环境下，利用regionprops(II,'Centroid')函数计算得到。

5、求取一次旋转角度和方向并对图像做一次旋转进行初步矫正

得到标志点理论位置与实测位置的两个像素坐标的关系如图2所示。已知棒材端面中心的像素坐标(x₀,y₀)，θ₁为初始旋转的角度，十字形标志点代表棒材端面标记字符图像无倾斜状态下的中心像素坐标，米字形标志点代表棒材端面标记字符图像倾斜状态下的中心像素坐标。棒材端面标记字符图像无倾斜状态下的中心像素坐标为(x₀-R-Δ,y₀-R-Δ)。令r为棒材端面中心点和实测的标志点之间的像素值距离，则标志点理论位置为(x₀-r,y₀)，a为实测的标志点和标志点理论位置之间的像素值距离。根据θ₁＝arccos(1-a²/2r²)可求出一次旋转角度θ₁。求出的一次旋转角度后还需要判断旋转方向。一次旋转方向的判别原理是通过判断实测的标志点是在棒材端面中心的左侧还是右侧，也就是实测的标志点像素坐标的y值比棒材端面中心像素坐标值小还是大，如果实测标志点像素y坐标值大于R+Δ，则实测的标志点在右侧，就需要逆时针旋转才能进行倾斜矫正。反之，需要顺时针进行矫正。得到一次旋转角度和旋转方向后，对图像做一次旋转进行初步矫正。用thet1表示θ₁，在MATLAB编程语言环境下，利用函数imrotate(II,thet1,'bilinear','crop')进行第一次旋转的初步矫正得到初步矫正的棒材端面标记字符图像III。函数参数thet1为逆时针旋转角度，当一次旋转为逆时针时thet1＝θ₁，当一次旋转为顺时针时thet1＝-θ₁。

4、求取二次旋转角度并对图像做二次旋转完成最终矫正

完成一次角度旋转之后，并没有将棒材端面标记字符图像完全矫正，还需进行二次矫正。采用的方法是：以初步矫正的图像为基准设定一个二次旋转角度范围，在该范围内进行一度一度的循环旋转，每旋转一度就对该二值图像进行列循环，对每一列灰度值的和不为0的数值进行统计，字符完全矫正过来的字符列和不为0的列数最少，以此时角度作为二次旋转的角度θ₂。对初步矫正的棒材端面标记字符图像III做二次旋转完成最终矫正得到最终矫正的棒材端面标记字符图像IV。用thet2表示θ₂，在MATLAB编程语言环境下，利用函数imrotate(III,thet2,'bilinear','crop')进行第二次旋转完成最终矫正。

Claims (3)

1.基于标志点的棒材端面标记字符矫正方法，所述方法针对基于标志点的棒材端面标记方案，所述方案适用于在棒材精整生产线对棒材进行标记和识别，所述方案的标记字符由百位字符(1)、十位字符(2)、个位字符(3)和标志点(4)组成，其特征在于，百位字符(1)、十位字符(2)、个位字符(3)和标志点(4)均布置在棒材端面上且与棒材端面的边缘保留一定距离，百位字符(1)、十位字符(2)和个位字符(3)从左往右等间距水平布置形成三位字符，十位字符(2)位于圆钢的中心位置，标志点(4)位于十位字符(2)的正上方，百位字符(1)、十位字符(2)、个位字符(3)和标志点(4)的颜色为白色，标志点(4)为圆点，标志点(4)的面积小于百位字符(1)、十位字符(2)和个位字符(3)的面积，棒材端面上由百位字符(1)、十位字符(2)和个位字符(3)组成的三个字符为001-999，代表一炉生产的第1根到第999根棒材，所述方法包括如下步骤：

S1采用视觉系统采集棒材端面图像并做预处理；

S2求取棒材端面中心像素坐标；

S3采用视觉系统采集棒材端面标记字符图像并做预处理，根据棒材端面标记字符中百位字符(1)、十位字符(2)和个位字符(3)二值图像的连通域面积相同而标志点(4)二值图像的连通域面积最小的特点找到标志点(4)；

S4求取标志点中心像素坐标，以标志点(4)二值图像的连通域中心坐标为标志点(4)的中心像素坐标；

S5求取一次旋转角度和方向并对图像做一次旋转进行初步矫正，根据θ₁＝arccos(1-a²/2r²)可求出一次旋转角度θ₁，其中r为棒材端面中心点和实测的标志点之间的像素值距离，a为实测的标志点和标志点理论位置之间的像素值距离；如果实测的标志点在棒材端面中心的右侧，需要逆时针旋转进行倾斜矫正，反之，如果实测的标志点在棒材端面中心的左侧，需要顺时针进行矫正；

S6求取二次旋转角度并对图像做二次旋转完成最终矫正，求取二次旋转角度采用的方法是：以初步矫正的图像为基准设定一个二次旋转角度范围，在该范围内进行一度一度的循环旋转，每旋转一度就对二值图像进行列循环，对每一列灰度值的和不为0的数值进行统计，字符完全矫正过来的字符列和不为0的列数最少，以此时角度作为二次旋转的角度。

2.根据权利要求1所述的基于标志点的棒材端面标记字符矫正方法，其特征在于，采用视觉系统采集棒材端面图像时视觉系统开启光源使棒材端面图像高亮显示；采用视觉系统采集棒材端面标记字符图像时视觉系统关闭光源使棒材端面标记字符图像高亮显示。

3.根据权利要求1所述的基于标志点的棒材端面标记字符矫正方法，其特征在于，求取棒材端面中心像素坐标时以棒材端面二值图像的连通域中心坐标为棒材端面中心像素坐标。

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